雪花登上高考試卷！一起來重溫：《由雪引發(fā)的科學實驗》

科普作家尹傳紅的一篇關(guān)于“冬之精靈”雪花的文章登上高考試卷。在他回顧創(chuàng)作感受的同時，我們一起來學習先人的科學探索精神>>

撰文/尹傳紅（中國科普作家協(xié)會副理事長）

新媒體編輯/李云鳳

《由雪引發(fā)的科學實驗》原文如下：

在科學還沒有發(fā)展到人類能認識雪、了解雪以前，這個“冬之精靈”一直顯得十分神奇。為揭開它的神秘面紗，先人們在放飛想象力的同時，也以實際行動進行了探索。

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冷凍實驗

1626年3月底的一天，剛過完65歲生日的英國哲學家、散文家弗朗西斯 ·培根，搭乘一輛四輪馬車從倫敦城出來，向北郊的海蓋特駛?cè)ァＲ宦飞峡諝獬睗穸鴽鏊?，不時能夠看到尚未融化的積雪。

▲弗朗西斯 ·培根（圖片來源：《知識就是力量》）

雖然身體不適，但一直在沉思的培根忽然萌生了一個想法：雪會不會像鹽一樣對肉類起到防腐的作用呢？當車行至海蓋特山腳下時，培根打定主意立即做個冷凍防腐實驗。他興奮地下了車，從一戶人家那里買了只雞，讓女主人幫忙去除內(nèi)臟，然后一把一把地往雞腔內(nèi)塞雪。

一番張羅之后，培根頓時感到渾身發(fā)冷。當晚他發(fā)起了高燒。起初他沒有在意，還給朋友寫信說，他用雪做了母雞的冷凍實驗，并將自己的這一行動跟古羅馬作家老普林尼的壯舉比照：“我有著類似老普林尼的命運，由于企圖要做關(guān)于維蘇威火山的實驗而喪失了自己的生命。”

不幸，一語成讖！幾天后，也就是1626年4月9日，培根因支氣管炎復發(fā)窒息而死。

今天，人們記住培根的名字，主要是因為他提出了唯物主義經(jīng)驗論的一系列哲學理論，制定了系統(tǒng)的歸納邏輯，特別是首次總結(jié)出科學實驗的經(jīng)驗方法 — 歸納法，對近代科學的發(fā)展起到了指導作用。而他的名言“知識就是力量”，更為人們所熟知。

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引人關(guān)注的雪花結(jié)構(gòu)

千百年來，人們不只是欣賞雪的飄逸、純潔與美麗，也有人注意到它的奇特形狀。早在公元前一百多年的西漢文帝時代，有位名叫韓嬰的詩人就在《韓詩外傳》一書中指出：“凡草木花多五出，雪花獨六出?！痹S多年過后，歐洲才有作品提及，雪花的基本形狀是六角形。瑞典大主教奧拉夫·馬格努斯（1490-1557）被認為是第一位做此記載的歐洲人士，他在1555年發(fā)表的一部自然史書中描述了雪晶，并繪制了圖片。

17世紀初，雪花也吸引了德國天文學家、行星運動定律的創(chuàng)立者約翰內(nèi)斯·開普勒（1571-1630）的眼光。在寫于1611年的一本名為《六角雪花》的小冊子中，開普勒說，當他穿過布拉格的一座大橋時，他注意到落在衣服上的一片雪花，并因此思考它不可思議的幾何形狀。他認為這不可能是巧合：“這個原因不能通過材質(zhì)尋找，因為水汽是無形且流動的，原因只能存在于某些機制中?！边M而，他猜想，這個機制可能是冰“球”的有序堆積過程，而冰“球”代表了類似水這樣的液體的最小自然單位。

大約20年后，法國數(shù)學家、哲學家勒內(nèi)·笛卡爾（1596-1650）也迷倒在雪花的石榴裙下，他在觀察筆記里發(fā)出了這樣的贊嘆：“完美的六邊形啊！邊是如此直，夾角是如此精準，粗手笨腳的人類簡直沒戲……我絕對想象不出來，這些完全對稱的六角小精靈如何在自由的空氣與狂躁的風中悠閑地降生?！?/p>

▲由水分子構(gòu)成的冰晶形狀就是由表面張力決定的，冰晶突起朝六個方向延伸，使得絕大多數(shù)（不是全部）雪花都是六邊形（圖片來源：《知識就是力量》）

顯微鏡發(fā)明之后，雪花成了大受歡迎的觀察對象。荷蘭著名的顯微鏡專家安東尼·列文虎克（1632-1723）對雪花進行了細致的觀察。接著，英國物理學家羅伯特·胡克（1635-1703）也在1665年出版的《顯微術(shù)》一書中，展現(xiàn)了他借助顯微鏡畫出的雪花圖片，并對雪花晶體結(jié)構(gòu)進行了闡述。這被看作是人類首次具體記錄雪花的形態(tài)。

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雪花癡的貢獻

▲威爾遜·本特利

1885年的一天，在美國佛萊蒙特州北部的杰里科鎮(zhèn)，一個名叫威爾遜·本特利（1865-1931）的農(nóng)民，借助一臺舊式顯微鏡，用照相機拍下了第一套雪花照片。他寫道：“在顯微鏡下，我發(fā)現(xiàn)雪花真美啊，簡直就是奇跡。每一片雪花結(jié)晶都是一件藝術(shù)杰作，沒有哪兩片雪花是完全一樣的。當一片雪花融化時，那個圖案也就永遠消失了。那樣的美就這樣消失了，沒有留下任何痕跡。”

▲威爾遜·本特利拍攝的雪花照片

本特利許下心愿，用他的相機把美麗的雪花永久保存下來。幾十年間，他總共拍攝了5381張雪花照片。有一次，他在給雪花照片分類時，用上了“漂亮女孩的微笑”這樣一個文雅的名目。而他引發(fā)人們思索的那個話題——沒有哪兩片雪花是完全一樣的，與他拍攝的數(shù)目驚人的雪花照片，讓他在19世紀名聲大噪，盡管有人把他看作是“瘋子莊稼漢”。1931年12月23日這一天，本特利的家鄉(xiāng)暴風雪肆虐。身患肺炎的他仍堅持步行出去拍攝雪花，終因體力不支，倒在了雪花飛舞的荒野中。

如今，科學家對水是如何結(jié)冰、小冰晶如何形成雪花等問題，已然有了一定的了解?？茖W史家認為，在這方面研究的一個個發(fā)現(xiàn)，其動力在很大程度上，要歸功于“雪花癡”本特利那些精彩的雪花圖片。

（原刊載于《知識就是力量》2016年01期 第26-27版）

出品：科普中央廚房

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