De wetenschap van sneeuwvlokken – BBC Ideas

Wat vertellen sneeuwvlokken ons over ons universum?

Professor Brian Cox: Sneeuwvlokken zijn complex, mooi, mysterieus en uiterst boeiend. Maar ondanks al zijn complexiteit – en zijn eindeloze diversiteit – kan de structuur van een sneeuwvlok verklaard worden door enkele universele natuurwetten. Wetten die alles verklaren, van sneeuwvlokken tot sterrenstelsels. Laten we bij het begin beginnen. Wat is een sneeuwvlok? Of, om de meer technische naam te gebruiken: een ijskristal? IJskristallen vormen zich in wolken wanneer waterdamp kleine stofdeeltjes of pollen ontmoet. Dit vormt zijn kleine zeshoekige kern. De punten steken uit en zijn ruw. Dit trekt watermoleculen aan. Dan meer watermoleculen. En meer. Deze vormen de takken van onze sneeuwvlok. De grootte en vorm van deze takken zijn afhankelijk van de exacte temperatuur en vochtigheid die de sneeuwvlok tegenkomt tijdens zijn reis door de wolken, die door de zwaartekracht naar beneden worden getrokken. Ze nemen allemaal een iets andere route, wat betekent dat geen twee sneeuwvlokken precies hetzelfde zijn. Wanneer er een sneeuwvlok op je mouw landt, is het op een geheel unieke reis om bij jou te komen. Voordat het in een mum van tijd smelt. In 1611, op een ijskoude januariochtend in Praag, viel er een sneeuwvlok op de mouw van wiskundige Johannes Kepler. Het zette hem aan het denken: “Waarom hebben sneeuwvlokken zes zijden?” De doorbraak van Kepler was zijn theorie dat dit zeshoekige patroon het meest efficiënte gebruik van de ruimte was. Of de honingraat zich in een bijenkorf bevindt. Of stapels op elkaar gestapelde artilleriegranaten. Of een delicate en vluchtige sneeuwvlok. Het duurde 400 jaar om zijn theorie te bewijzen, 400 jaar. Wat Kepler destijds niet wist, was dat elk watermolecuul, of H2O, bestond uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Wanneer watermoleculen zich samenpakken wanneer ze bevroren zijn, is de hoek tussen de waterstofatomen altijd ongeveer 105 graden. Dit geeft ons de zes zijden. In de kern is een sneeuwvlok altijd zeshoekig. Maar ze kunnen uitgroeien tot allerlei vreemde en prachtige vormen. Lang en dun als een potlood. Scherp als een naald. Cilindrisch als een kogel. Of soms driehoekig. Maar de waarheid is dat de meeste sneeuwvlokken een beetje… nou ja, bubbelachtig zijn. Als je met een sneeuwvlokkenfotograaf praat – er zijn er maar heel weinig in de wereld – zullen ze je vertellen dat het dagen en dagen in de kou duurt om de ‘money shot’ te maken. De omstandigheden moeten precies goed zijn – tussen min 15 en min 13. Maar sinds Wilson Bentley, een boer uit Vermont, in 1885 de eerste foto's maakte van prachtige sneeuwvlokken, zijn we verslaafd. Wetenschappers hebben aangetoond dat symmetrie ongelooflijk aangenaam is voor het menselijk brein. De sneeuwvlokken zijn allemaal radiaal symmetrisch, wat betekent dat je ze in identieke plakjes kunt snijden, zoals een cake. Schelpen, bloemen, zeesterren en zelfs spiraalstelsels, zoals de Melkweg, delen dit soort symmetrie. En de natuur heeft nog een laatste truc in petto. Sneeuwvlokken zijn niet echt wit. Het is transparant, maar heeft veel randen en daardoor wordt het licht verstrooid, waardoor het wit lijkt. Elke sneeuwvlok is een microkosmos van de natuurwetten. De zwaartekracht doet hem vallen. Elektromagnetisme bepaalt de vorm ervan. En je hebt symmetrie. Hetzelfde geldt voor sterren, zonnestelsels en planeten. En met ons. Als je naar een sneeuwvlok kijkt, kun je de geschiedenis ervan lezen. Zijn eigen unieke verhaal. De ervaringen waarmee ze te maken krijgt, vormen haar tot wie ze is. Eigenlijk net als wij.