冬天也来了，对于长江以南的上海来说，又到了盼雪的季节是的，诶，说起来我的朋友圈里，前几天倒是被好多北京的朋友刷屏了一波雪景特别美。那说到雪节气上其实也已经到了大雪时节了，而且前一阵子不是还上映了那部花花最喜欢的电影《冰雪奇缘》不是二，对，今天的主题其实就很明显了，对吧？我们来聊一聊雪，而且呢是一个关于雪花的非常经典的所谓小时候的问题，这个问题就是雪花为什么是六边形的。
说实话，我刚想吐槽旭东今年在这种第六项的问题上越走越远了，但是我忽然意识到雪花为什么是六边形的，这个问题我根本回答不了。你别说是你了，就是在选这个题目的时候，我也一度以为是一个对于像我这样的知识储备的人来说，应该不算很难回答的问题，对吧？但是在准备文案的过程当中，我却很快他的意识到这根本就不是一个所谓的低幼问题，甚至在网上能够用几句话来应付小朋友，又能把原理基本说明白的答案根本就找不到。
我仔细回忆了一下哈，搜狐小时候还真没有老师给我们解释过这个问题，所以这个问题很难吗？要大致理解他的原因呢其实也不难，不过这得建立在你上过高中，而且呢对高中的数理化掌握的都比较好的前提下，每次录原样都怀有一种我到底上没上过高中的自我怀疑，所以听众朋友们，你们听明白了吗？旭东，这是在劝退呢还是高中没毕业的，还有像我这种把知识都还给老师的，大家可以自动跳过这期节目啦，别人吧，既然都放到原样来说了，对吧？所以我们也努把力，争取让绝大部分的朋友都能够起码大致明白这是怎么一回事儿。
要回答为什么之前我们先得问是不是对吧，所以我们先来讨论这样一个问题，就是雪花它到底是不是都是六边形的，你这么问的话，意思是还有其他形状的雪花存在吗？我们说经典的那个六瓣形的雪花形象实在是太过深入人心对，但寻找其他形状的雪花在如今的技术背景之下已经不是什么难事儿了。其实早在1885年，美国有位摄影师威尔逊本特利他呢就利用黑色天鹅绒布来收集雪花以降低升华的速度然后呢在低温下快速拍照，这就拍摄出了人类第一张显微雪花照片此后呢他就特别着迷这件事儿，陆陆续续拍摄了超过5000张单独的雪花照片那随着越来越多的雪花照片呈现在世人眼前，其实有一句名言也就逐渐流行起来了。世界上没有两片相同的雪花人们其实也逐渐意识到就是雪花的形态，其实是非常多样的。那除了非常经典的那个六瓣形状的雪花，还有正六边形的实心板状、空心柱状、实心、棱状、针状，甚至接近于正三角形的六边形的雪花等等。
哇塞，雪真、雪柱、雪三角这样一说感觉下雪都没有那么浪漫了。那现在雪花到底有多少种形态呢，在20世纪30年代科学家们的早期研究当中，就已经初步的把雪花分为了21种不同的当然是基于形状的类别，那么在20世纪的50年代这个类别呢就扩大到了42个，60年代扩大到80个，到了2013年的时候已经达到了121个类别，哇，这么多，那这背后有什么规律吗？简单来说呢就是雪花的形状，很大程度上是取决于云层的温度和湿度。
前面提到20世纪30年代的工作，那是一位日本的物理学家做的叫做中国与吉郎，他呢是通过控制温度和湿度的方法在实验室里面培育雪花，逐渐的就总结出了雪花形成的规律，他发现最大最上镜的那种六瓣的还是树枝状的那种星形雪花呢只生长在零下10℃到零下22度之间的云层间，而针状和柱状的雪花呢最长形成于零下6度左右的云层里。那如果温度再高一点呢。诶，那么温度接近0度的时候呢可以分成两种情况，如果说湿度比较高，则会生成小号的六瓣树枝形状雪花。如果湿度比较低呢，则容易形成简单的板状或者柱状晶体，当然，我们要说千变万化，不管怎么变雪花，或者说有的时候你都不能用花来形容了，我们可以说是雪晶，它呢其实都逃不开一个最基本的形状，那就是《六边形》，你不是自相矛盾吗？
你前面都是有什么症状？柱状了怎么又还是六边形呢？没说人家的截面不是六边形呀，你竖着切一刀，你还是能够看到六边形的形态呀，你可以理解，为什么呢？就是说这是雪花的一个基础的结构，所有平面上空间上的变化呢都是从这个结构来的，那这个六边形是怎么回事？怎么会生成的呢？这其实又要往小了说了，我们得从水分子说起了。
雪花的基本组成是自然界的水分子对HR由一个氧原子和两个氢原子组成的。是的，那么子林有没有想过他们是以什么样的结构组装在一起的呢？就是假设它们是三个球的话，其实组装的方法多种多样，诶诶，可以像是东方明珠这样的糖葫芦型对吧。也可以是三角形，不过我没记错的话，好像一些科普书上水分子的配图都是氧原子，靠近一侧的两边各有一个氢原子，就有点像那个米奇的头，很形象。
其实紫菱已经说到关键了，水分子的这个空间构型呢被化学家叫做折线形构型，就中间好像是被折起来了，那么确切点说呢，水分子中两个氢原子它的这个夹角是104度28分，大约呢就相当于104.5度，但是它为什么不会组成其他的形状呢？你确定要知道这背后的原理吗？其实涉及到化学原理当中所谓的杂化轨道理论和价层电子互斥理论，虽然听起来很复杂，但我现在好歹也是问不倒小姐不刨根问底怎么行？那原因是这样的，就是氧电子轨道呢是sp三杂化。T三杂化空间上呢本来是正四面体夹角呢是109度28分，但是呢在水分子当中四条杂化轨道两条是单电子与氢原子成见，另外两条空轨道是孤对电子，对氢氧键呢有很大的斥力，所以呢将这个键角压小到了104度28分。
前面我们说过考虑到同位素的存在，即使是水分子也未必是完全相同的。好，那一个典型的小血晶它大约能带有多少的水分子呢？这个数字非常可怕，十的18次方个，这其中呢又差不多有10的15次方个是与众不同的，而且这些特殊的水分子会随机分布在整个血晶里，它的组装有点像什么呢？就是不同颜色的乐高积木绝大部分可能都是白的，然后有几个是蓝的，但是蒙着眼睛听。因此我前面说即使是实验室里生成的看上去一模一样的雪花，从分子的角度去看，带有完全一样的分子排布的可能性，那也非常非常非常的小，实验室的问题前面都已经达成共识了，前面是实验室，对吧？
实验室生成的雪花数量肯定是非常少的。那么在自然界呢，自然界下过那么多的雪花，是否支持在分子层面上存在过一模一样的两片呢？也是自然界下过的雪，那肯定海了去了吧，当然我没数过也没法数，但是不妨碍我们大胆的去估算。在自然界当中就算每年能降下十的24次方片的雪花，你这个数字是哪里来的？
是什么概念？这其实是一个怎么说呢？非常粗放的估算，我用了一个非常非常非常大的数字，之前呢有科学家曾经估算过，就是可观测宇宙范围内所有恒星的数量大约是7×10的22次方，而地球上所有的沙子它的总量呢估计是七乘你十的21次方，那你的意思就是你说的这个已经是非常非常大的一个数字了，然后每年降下的雪花数量肯定是包含在这个数字里面了是吧？
对，理论上我的估的那个数字是只会多不会少的很粗放好吧。好，那我们就先按每年降下十的24次方片雪花来算，那你刚刚说是从古至今嘛，那我们就得从地球具备降雪的条件开始算，所以呢整个地球史所出现过的总雪花数差不多是4×10的33次方片左右，你这个左右有点儿大，好了，如果说概率学的比较好的朋友，有兴趣可以自己去算一算，我这里呢直接说一个结论，就是即使出现过的雪花有我刚才说的那么多那么多，那么多，但是出现两片拥有完全相同分子排布雪晶的概率依然十分十分十分的接近于零，或者呢我们换一个更通俗的理解，那就是这个概率和洗出两幅数字花色顺序都完全相同的扑克牌差不多
