¿Es realmente posible que no haya dos copos de nieve idénticos?

Una publicación reciente en el subreddit r/answers arroja dudas sobre una vieja perogrullada, preguntando cómo es “realmente posible que no haya dos copos de nieve idénticos”. — una referencia a la afirmación de que no hay dos copos de nieve exactamente iguales:

¿Qué dice la ciencia sobre esta perogrullada tan repetida? En resumen, esa escala es importante cuando se hacen afirmaciones sobre cuán similares podrían ser dos objetos.

A nivel visual, con costosos equipos de laboratorio, puedes crear copos de nieve que parecen prácticamente idénticos. A nivel molecular, la probabilidad de que aparezcan dos copos de nieve idénticos es tan astronómicamente baja que se considera imposible.

¿Cómo se forman los copos de nieve?

En su sitio web, Kenneth G. Libbrecht, presidente del departamento de Física del Instituto de Tecnología de California y conocido copo de nieve fotógrafo, explica que dentro de una nube, pequeños cambios en el microambiente alrededor de un copo de nieve influyen en su forma. Esto se debe a que estos cambios obligan al copo de nieve a cambiar entre dos cristalizaciones diferentes. procesos — facetado y ramificación.

El facetado, el más sencillo de los dos procesos, produce prismas de seis caras gracias a la estructura atómica de las moléculas de agua congelada. La formación de estos prismas hexagonales da a los copos de nieve su famosa simetría de seis lados.

La ramificación produce las características caóticas que se extienden más allá de los crecientes prismas hexagonales; la ramificación ocurre porque las esquinas de esos prismas atraen el vapor de agua cristalizado más rápidamente que las superficies planas:

Ejemplo básico de ramificación. Crédito: copos de nieve.com.

El cambio repetido entre estos dos modos de crecimiento de los cristales determina en última instancia las características de un copo de nieve, explica Libbrecht:

A medida que cae entre las nubes, el cristal experimenta temperaturas y humedades en constante cambio, y cada cambio hace que los brazos crezcan de manera un poco diferente. La forma exacta del cristal de nieve final está determinada por el camino preciso que tomó a través de las nubes. Pero los seis brazos tomaron todos el mismo camino, por lo que cada uno experimentó los mismos cambios al mismo tiempo.

¿Pueden dos copos de nieve? Mirar ¿Se gustan unos a otros?

Usando precisamente-revisado En condiciones de temperatura y humedad en su laboratorio de Caltech, Libbrecht ha creado muchos “copos de nieve de diseño” e incluso puede controlar la forma final hasta cierto punto. Utilizando esta tecnología, ha generado lo que él llama copos de nieve “gemelos idénticos” como este:

Leibrich dijo por correo electrónico que describe estos copos de apariencia similar como “gemelos idénticos” porque, al igual que los gemelos humanos, “Claramente son bastante similares en apariencia, pero no son *exactamente* idénticos”. Si bien parecen cualitativamente similares, esa similitud se rompería una vez que comiences a mirar en una escala cada vez más pequeña. Libbrecht dijo:

Visualmente, bajo el microscopio, se podría decir que son esencialmente idénticos. Pero si nos fijamos en el nivel molecular, están lejos de ser idénticos. Entonces, si quieres hablar de copos de nieve idénticos, debes definir exactamente qué quieres decir con idénticos.

Por tanto, es concebible que dos copos de nieve mirar idénticos, pero eso está muy lejos de ser idénticos a nivel molecular. Entonces, el concepto de que dos copos de nieve son “parecidos” depende de cómo se define el término.

¿Qué está pasando a nivel molecular?

A nivel molecular, la probabilidad de que dos copos se formaran de manera idéntica es matemáticamente imposible dado el número efectivamente infinito de formas de crear un copo de nieve, nos dijo Liebrich:

El número de formas posibles de disponer las ramas y las ramas laterales es muchísimo mayor que incluso el número total de copos de nieve que han caído alguna vez sobre la Tierra.

Además de la imposibilidad de que dos microambientes completamente idénticos para que crezcan dos copos de nieve fuera del laboratorio, los componentes químicos que componen el copo de nieve probablemente tampoco sean 100 por ciento idénticos. Esto se debe a que en la naturaleza existe una pequeña fracción de isótopos de oxígeno e hidrógeno que son ligeramente más pesados ​​que su forma más común. La idea de que las moléculas de agua anómalas formadas por estos átomos más pesados ​​podrían existir en el mismo lugar en dos escamas diferentes es imposible de demostrar y poco razonable de suponer.

¿Qué significa ser idéntico?

La cuestión de si dos objetos pueden ser literalmente idénticos tiene una rica historia tanto en la filosofía como en la física teórica. Muchos filósofos sostienen que la cuestión de los copos de nieve idénticos no tiene sentido, ya que no hay dos objetos (ni siquiera los átomos) que puedan ser verdaderamente idénticos.

Esta afirmación es generalmente conocida como “Ley de Leibniz” y ha sido una vigorosa debatido cuestión filosófica, en diversas formas, durante siglos. Si bien el concepto se aplicaría a cualquier cosa considerada un objeto, los copos de nieve proporcionan una manera atractiva de ilustrar la inverosimilitud de los objetos verdaderamente indistinguibles porque, a pesar de que todos están construidos a partir de moléculas de agua, cada copo de nieve produce individualmente patrones extremadamente intrincados y complejos.

La similitud visual entre los copos de nieve sólo puede lograrse superficialmente en condiciones de laboratorio extremadamente controladas. Como tal, consideramos cierta la afirmación de que no hay dos copos de nieve exactamente iguales.