Acts and Facts, dec. 2007, vol. 36, # 12, p. 11-12
Microscopic Masterpieces.
Discovering Design in Snow Crystals

 By Larry Vardiman, Ph.D.

МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ШЕДЕВРЫ

Кристаллики снега указывают на разумный замысел

Лэрри Вардиман

д-р философских наук, профессор (исследования атмосферы), заведующий кафедрой астро- и геофизики

Удивительное разнообразие форм снежинок, падающих с неба в холодный зимний вечер – это одно из красивейших чудес природы, дарованное нам Богом.

Известный астроном Иоганн Кеплер, открывший законы движения планет вокруг Солнца, будучи еще молодым, амбициозным учёным, написал трактат «Новогодний подарок или о шестиугольных снежинках». Однажды Кеплер, который жил тогда в Праге, шёл встречать Новый год к Иоганну Маттею Вакгеру, советнику императора Рудольфа II, который ему покровительствовал. Проходя по Карлову мосту, Кеплер заметил, что снежинки, падающие на его одежду, все до единой были шестиугольными, с пушистыми лучами. Ему было неловко приходить к своему покровителю без новогоднего подарка, и он решил, что изучение узора снежинки, которая «падает с неба и таит в себе подобие шестиугольной звезды»1 станет отличным подарком.

У Кеплера не было ни микроскопа, ни любого другого оборудования, позволяющего увидеть микроскопическую структуру снежных кристаллов. В своём исследовании он вынужденно ограничивался визуальными наблюдениями. Шестиугольное строение снежных кристаллов великий учёный пытался объяснить только лишь с помощью оптических наблюдений, аналогий и логических рассуждений.

Кеплер рассматривал сложенные в груды пушечные ядра, пчелиные соты, формы цветов и другие пространственные конфигурации (закладывая этим основу будущей научной дисциплины – кристаллографии). После тщательного исследования многих возможных объяснений учёный пришел к выводу: в самой сущности льда сокрыта «формообразующая сила», которая и заставляет его воплощаться в гексагональных узорах.

Редко когда даже умы высшей пробы так элегантно формулировали подход к решению задачи.

Современные подходы

Холлет (Hallet) и Мэйсон (Mason)2 предложили современную теорию гексагонального строения снежинок.

Молекулы водяного пара, окружающего формирующуюся снежинку, сначала оседают на растущий кристалл, затем перемещаются по его поверхности и прикрепляются к осевой или к базисной плоскостям в зависимости от температурных условий. Например, при температуре примерно от – 3° С до – 8° С, снежные кристаллы растут в длину и формируют длинные, тонкие иглы и колонны. При температуре от – 8° C до – 25° C пластинчатые кристаллы выглядят, как показано на рисунках 3–10. Прекрасные звёздообразные и ветвящиеся снежинки образуются при – 15° C. Кроме того, относительная влажность воздуха и присутствие переохлаждённых жидких капель воды, содержащихся в облаках, вызывает феномен вторичного нарастания (покрытие инеем) и дендритный рост. Маленькие, тёмные шарики по краям пластинок на рисунке 5 – это и есть такие капли. Они прикрепляются к снежинке в виде инея, когда она пролетает сквозь их слой по пути на землю. Древовидные пушистые края (рис. 6–10) образуются за счет быстрого нарастания снежных кристаллов в условиях повышенной влажности.

Многие учёные подробно исследовали кристаллы снега. Наиболее известные из них: Накая (Nakaya)3, Магоно (Magono) и Ли (Lee).4 Помимо них, целый ряд кристаллографов изучали и описывали характеристики роста кристаллов, делая выводы о причинах, по которым молекулы и атомы образуют лишь ограниченное количество основных узоров.

Современное объяснение гексагональной симметрии снежных кристаллов заключается в том, что кристалл является макроскопическим, внешним проявлением внутреннего устройства молекул льда. Молекулы образуют внутреннюю структуру с минимальной свободной энергией, которая обладает высокой степенью симметричности. Применительно к молекуле воды этот тип симметрии называется «гексагональная плотная упаковка».

Тем не менее, науке до сих пор неизвестно происхождение свойства, которое Кеплер назвал «формообразующей силой».

Свидетельство существования Творца

Рис. 1. Игла
Рис. 2. Гексагональный столбик
Сегодня в распоряжении исследователей находятся лаборатории для выращивания и изучения ледяных кристаллов, оборудованные по последнему слову техники – в том числе, микрофотографической аппаратурой с высокой разрешительной способностью. К их услугам – революционные концепции физики мельчайших частиц. Однако до сих пор не удается объяснить основополагающий принцип: почему исходные молекулы в кристалле льда собираются в гексагональную форму?

В своем очерке, посвящённом работе Кеплера о снежинках, Вайт (Whyte) делает вывод:

«Загадка так и остаётся без ответа. То, что потрясло Кеплера, остаётся необъяснённым по сей день: пространственная геометрическая симметрия играет важную роль в видимом мире, но остаётся только догадываться, как она формируется во Вселенной, где якобы преобладают случайные взаимодействия и возмущения. Мы не можем требовать от науки полного объяснения очень сложных систем, но ожидать от нее простого объяснения простых наблюдений вполне резонно. Если гексагональная снежинка имеет очень сложную структуру, то как объяснить наблюдаемую нами реальность с помощью постулатов физики? Какие фундаментальные законы стоят за возникновением совершенных на вид узоров?»5

Рис. 3. Гексагональная тарелка
Рис. 4. Звезда с широкими сторонами
Науке свойственно задавать вопросы «как» и «почему». Но в данном случае возникает более общий вопрос: чем объяснить существование порядка в контексте случайной, хаотичной Вселенной? Другими словами, если нет Бога-Творца, то не должно быть и упорядоченного мироздания. Откуда же тогда взяться структуре?..

Посмотрим на этот вопрос с другой стороны. Поскольку мы наблюдаем, что всё во Вселенной упорядочено и продумано – как, например, шестиугольная снежинка, – это означает, что существует и Создатель, замысливший этот порядок. Кеплер, по сути, и говорил об этом, предлагая термин «формообразующая сила». Эта фундаментальная тенденция встроена в атомы и молекулы нашего мира для возникновения порядка.

Господь так спроектировал атомы кислорода и водорода, что при соединении они образуют плотно прилегающие гексагональные узоры и формируют шестиугольные снежинки. В отличие от линейных молекул (таких как у углекислого газа), молекула воды асимметрична. Именно благодаря этому отсутствию симметрии и возникает гексагональное направление кристаллизации.

Рис. 5. Гексагональная тарелка с расширениями и инеем
Рис. 6. Звезда
Кристаллы льда образованы простыми повторяющимися внутренними узорами, из которых получаются узоры внешние – прекрасные и совершенные. Кроме того, в законы, управляющие строением растущих кристалликов, искусно вплетён температурный фактор, определяющий ажурное разнообразие основной шестиугольной формы. Колонны, иглы, пластинки, столбцы, дендриты – это всего лишь часть дополнительных узоров, в которые вырастают снежинки. По сути, благодаря мириадам возможных комбинаций миллионов отдельных молекул, из которых состоит каждая снежинка, можно смело сказать: двух одинаковых снежинок не существует!

Но если простые молекулы воды, образующие ледяные кристаллы, демонстрируют «формообразующую силу» Бога-Творца, – насколько же более сложный дизайн присущ молекулам большего размера, как, например, молекуле ДНК, которая определяет формы жизни. Упорядоченность дизайна молекулы ДНК, проявляющаяся через законы природы,  выносит окончательный приговор утверждению, что Бога не существует, свидетельствуя не только о существовании Создателя, но и о Его любви к порядку и красоте.

За два года до смерти астронома Карла Сагана мы обсуждали с ним в переписке подобные свидетельства Божьего присутствия. Вот что он написал мне однажды: «Единственный "Автор" истории Земли, которого я вижу, это законы Природы. Откуда они исходят и почему они именно таковы – это уже другой, очень трудный вопрос». Таким образом, порядок, существующий в нашем мире и отражающий его замысел, ставит в тупик даже убеждённейших атеистов.

Рис. 7. Дендрит
Рис. 8. Двойной дендрит
В одном из выпусков журнала «Acts & Facts»6 была опубликована подробная статья о том, как процесс образования снежинок ошибочно истолковывался в качестве примера увеличения порядка, необходимого для самопроизвольной эволюции. В статье было наглядно показано, что общее изменение энтропии Вселенной в период роста снежных кристаллов осуществляется в направлении уменьшения порядка, что согласуется со вторым началом термодинамики. Наличие и рост порядка в снежных кристаллах доказывают не эволюцию, а существование Бога, присутствие Его замысла в естественных процессах, Его любовь к порядку и красоте.

Сколько еще нужно подтверждать правильность Писания, чтобы поверить свидетельству о Господе: «Всё чрез Него начало быть, и без Него ничто не начало быть, что начало быть» (Ин. 1:3)?..

Прекрасные изображения снежинок

Рис. 9. Колонна с шапками
Рис. 10. Дендрит
Тем, кто хочет больше узнать о снежных кристаллах, можно порекомендовать несколько книг, содержащих кадры макросъёмки.
В ставшем классическим альбоме «Кристаллы снега» собрано более 2 тысяч изображений снежинок, сфотографированных в конце XIX – начале XX столетий. Автор альома – фотограф Уилсон Бентли, фермер из Вермонта, которого так и прозвали: «Снежинка».7
Не так давно Кеннет Либбрехт из Калифорнийского технологического института опубликовал свою коллекцию фотографий снежинок8. Публикация была удостоена ряда наград. Некоторые из фотографий Либбрехта были отобраны почтовой службой США для печати марок.

Сайт Кеннета Либбрехта: http://www.snowcrystals.com
Зеркало: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/
Другие адреса: http://lenta.ru/photo/2008/12/10/snowlakes/

http://www.neru.sakha.ru/engine/print.php?newsid=3484&news_page=1

Библиография

1 Кеплер Иоганн. О шестиугольных снежинках. / Пер. с латинского Ю.А.Данилова. – М.: Наука, 1982.
2 Hallet, J. and B.J. Mason. 1958. The influence of temperature and supersaturation on the habit of ice crystals grown from the vapour. Proceedings of the Royal Society of London, Series A. 247 (1251): 440.
3 Nakaya, U. 1954. Snow Crystals: Natural and Artificial. Cam­bridge, Harvard University Press.
4 Magono, C. and C. W. Lee. 1966. Meteorological classification of natural snow crystals. Journal of the Faculty of Science. Hok­kaido University, Ser. 7,2 (4): 320-335.
5  Whyte, L.L. 1966. Kepler's Unsolved Problem and the Facul-tns Fonnatrix, in Hardie, The Six-Cornered Snowflake, 63.
6 Vardiman, L. December 1986. Evolution and the Snowflake. Acts and Facts.
7 Bentley, W.A. and W.J. Humphreys. 1931. Snow Crystals. New York Dover Books.
8 Libbrecht, K. 2003. The Snowflake: Winter's Secret Beauty. Stillwater, MN: Voyageur Press.

Иллюстрации сделаны доктором Дж. Кобаяси, Университет Хоккайдо.

Используются с разрешения.

Перевод: Сергей Корниенко, Ксения Стулова

Редактор: Евгений Новицкий