文｜尹傳紅

打小癡迷科普科幻，書香悅讀一路相伴。分享科學(xué)奇美理趣，留下探索思考印記。

今年高考全國(guó)乙卷的語文試題中，實(shí)用類文本閱讀給出了三則材料，它們分別選自楊振寧的《對(duì)稱與物理》、尹傳紅的《由雪引發(fā)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)》和肯尼思·利布雷希特的《冰的形態(tài)發(fā)生：雪晶中的物理學(xué)》。這三篇文章都關(guān)涉同一個(gè)主題：雪花的六角形結(jié)構(gòu)。要求考生作答的三道題，亦由淺入深做了延伸，甚至問及關(guān)于雪花的思考對(duì)科學(xué)研究有什么意義？給我們帶來哪些啟示？

不少人已經(jīng)注意到，近年來，在全國(guó)各地高考的語文試卷中，科技創(chuàng)新和科普科幻相關(guān)題目出現(xiàn)的頻率越來越高。我本人撰寫的科普作品此番意外“撞”上，恰是一個(gè)明證。對(duì)于這道高考題，我想，出題人出題的初衷，并非是要單純考查考生們對(duì)雪花形狀相關(guān)知識(shí)的了解。其著眼點(diǎn)，應(yīng)是如何從觀察、思考中發(fā)現(xiàn)問題，并運(yùn)用科學(xué)思維探尋現(xiàn)象背后的本質(zhì)，變“未知”為“已知”。

這樣的一個(gè)探索過程，往往也是科學(xué)精神的彰顯。展開了說，我們的科學(xué)普及和科學(xué)教育，如能跨越簡(jiǎn)單傳播知識(shí)的層面，給予受眾方法、思想上的熏陶，其傳播效果無疑會(huì)更好，意義亦當(dāng)更為深遠(yuǎn)。

回到雪花形狀這個(gè)科學(xué)主題。楊振寧先生的文章提及，早在公元前一百多年的西漢文帝時(shí)代，有位名叫韓嬰的詩(shī)人就在《韓詩(shī)外傳》中指出：“凡草木花多五出，雪花獨(dú)六出?！边@見識(shí)比西方足足早了一千多年?？墒窃谄浜蟮模ㄖ袊?guó)）古文獻(xiàn)中，卻沒有人再去探究雪花何以是六瓣的。

17世紀(jì)初的一天，德國(guó)天文學(xué)家、行星運(yùn)動(dòng)定律的創(chuàng)立者約翰內(nèi)斯·開普勒，在穿過一座大橋時(shí)留意到落在他衣服上的一片雪花，開始思考：雪花為什么會(huì)呈現(xiàn)出六角形的幾何形狀？他認(rèn)為這不可能是巧合，且“原因不能通過材質(zhì)尋找，因?yàn)樗菬o形且流動(dòng)的，原因只能存在于某些機(jī)制中?！?/p>

受限于當(dāng)時(shí)所掌握的知識(shí)，開普勒未能對(duì)雪花六角形結(jié)構(gòu)的成因做出準(zhǔn)確、科學(xué)的解釋，但他思考問題的“方向是很有意思的”（楊振寧語）。他想要弄清楚形成六角形的動(dòng)因是什么？他同時(shí)注意到自然界中另外一種壯觀的六邊形結(jié)構(gòu)——蜜蜂的蜂房：“結(jié)構(gòu)是這樣的，不但每個(gè)蜂房與同一排的6個(gè)蜂房共享6面墻，底部的3個(gè)平面與對(duì)面一排的蜂房也是共享的。”他還把這種幾何結(jié)構(gòu)和石榴的種子相比較，將其形成歸因于類似在圓形容器里的小球?qū)ΨQ地?cái)D壓在一起的物理過程。

事物的表象背后，往往隱藏著自然之理。在開普勒提出問題以后的3個(gè)世紀(jì)里，接連有不少研究者帶著極大的興趣去研究自然結(jié)構(gòu)幾何學(xué)中的經(jīng)典例子：雪花、蜂房之外，還有蛛蛛網(wǎng)、海洋生物的殼以及植物中各部分的排列，甚至也包括云的形狀、山的輪廓、岸邊的細(xì)波、岬間沙灣沖出的曲線，并陸續(xù)把研究范圍擴(kuò)展到尋找“自然界的幾何特征”，探討自然界的數(shù)學(xué)奇觀。這些跨學(xué)科思維的引領(lǐng)，使得人類向著理解自然世界的復(fù)雜構(gòu)成邁出了一大步。

雪花六角形的秘密，是伴隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展而被逐漸揭開的。如今我們已然了解，雪花是一種冰晶的幾何組成。由水分子構(gòu)成的冰晶形狀是由表面張力決定的，冰晶突起朝六個(gè)方向延伸，使得絕大多數(shù)（不是全部）雪花都呈現(xiàn)出六角形。更精細(xì)的研究表明：標(biāo)準(zhǔn)的六角形雪花只在零下15攝氏度以下才會(huì)形成；只有千分之一的雪花具有完美的六邊對(duì)稱性。