Ya sea impreso en papel de regalo, convertida en adornos o cosida en calcetines festivos, un copo de nieve es una de las formas más identificables que jamás haya visto.
Pero, ¿por qué la forma es tan unánime, cuando a menudo se dice que no hay dos iguales? Hoy, GNN analiza algunas matemáticas alegres y física festiva para obtener los datos fríos sobre el famoso copo de nieve de seis puntas.
Mucha gente piensa que los cristales de nieve, como deberían denominarse, son solo gotas de agua congeladas. Estos serían aguanieve, y los cristales de nieve en realidad se forman de una manera completamente diferente y cambian a medida que caen del cielo.
Además, las tres formas de agua, líquido, vapor y hielo, deben estar presentes en una nube para que caiga la nieve.
En el corazón de todo lo relacionado con la química, primero hay una discusión sobre las cargas, en este caso una carga positiva y una carga negativa. Dos átomos de hidrógeno se unen a un lado de un átomo de oxígeno, lo que le da a esa parte una carga positiva, mientras que el otro lado que no tiene los átomos de hidrógeno está cargado negativamente.
El lado negativo atrae una molécula de agua completamente separada, que eventualmente crece, en estado líquido, para formar una pirámide de cuatro lados de seis moléculas de agua.
En esta etapa del proceso de formación de cristales de nieve, es muy posible que dos tengan el mismo aspecto, y no existe una ley real de la naturaleza que impida que dos cristales tengan el mismo aspecto (en el invierno de 1988, un científico de el Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Nancy Knight, tomó un avión hacia las nubes sobre Wisconsin y de hecho encontró dos cristales de nieve idénticos).
De un pedazo de nieve a un espectáculo
Sin embargo, es después de esta etapa, cuando se convierte en hielo, que un cristal de nieve cambiará a una formación hexagonal (de seis lados) y cobra existencia la forma inmediatamente identificable y bellamente simétrica.
El investigador y matemático de la Universidad de Manitoba, Ranganathan Padmanabhan, explica a la prensa de su universidad por qué un cristal de nieve siempre se representa con seis lados y seis ramas.
“La naturaleza es la madre de todas las simetrías”, comienza. “De hecho, la simetría es un principio organizador central en el diseño de la naturaleza”, señalando el panal de abejas antes de explicar que a nivel molecular, un hexágono permite el empaque más apretado de cosas en el espacio, lo que significa que la naturaleza es un tipo ahorrativo.
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A medida que el cristal de nieve cae a través de las nubes y el cielo, acumula agua, líquida, vapor y sólida, que al exponerse a diferentes niveles de humedad y temperatura, comienza a acumularse a medida que gira hacia abajo en una variación teóricamente interminable de trayectorias y condiciones, eventualmente formando las ramas o brazos del cristal de nieve que esencialmente prohíben la igualdad entre los copos caídos.
Una entrevista con el meteorólogo David Epstein, publicada en el Boston Globe, explica cómo los cristales de nieve pueden formar pilares, agujas, diamantes y triángulos en diferentes condiciones climáticas, pero las formaciones hexagonales que todos reconocemos tienen un proceso muy simplificado.
Ranganathan Padmanabhan señaló con buen gusto que “como Galileo mencionó una vez, las matemáticas son el lenguaje elegido por Dios para expresar estos hechos básicos de la ciencia”, y agregó que la “teoría de grupos”, un modo importante de diseñar descripciones, se desarrolló para explicar la simetría en la física, matemáticas y biología.
Mientras caen a través de las latitudes polares y altitudes más altas, los hermosos cristales de nieve que cubren los bosques y las casas con la gloria de un globo de nieve tienen otro lado hermoso: una hermosa simetría, singularidad y matemáticas.
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– Traducido al español por Aletheia Jurado