Lumihiutaleen yksilöllinen rakenne on kiehtonut ihmismieltä kautta historian. Ainakin 1600-luvulle asti käytiin kiivasta keskustelua siitä, että voiko lumihiutaleella olla oma sielu. Hiutaleita on saanut kuluneen talven ajan lapioida ja työntää lumikolalla miehenkorkuisiksi kasoiksi siihen malliin, että henkilökohtaisesti olen tullut siihen johtopäätökseen, että lumihiutaleen sielun on pakko olla läpeensä sysimusta. Jo vilkaisu Forecan toimiston ikkunasta kertoo, että vapaa-ajan ongelmia ei ole tiedossa tänäkään iltana.
Johannes Kepler julkaisussaan ”On the Six-Cornered Snowflake” (1611) kiinnitti huomiota lumihiutaleen säännölliseen kuusikulmaiseen rakenteeseen. Mikroskoopin keksimisen jälkeen lumihiutaleen sielunelämään perehtyi englantilainen fyysikko Robert Hooke, joka julkaisi käsin piirrettyjä mikroskooppikuvia kaikesta, mitä sai mikroskoopin alle mahdutettua – aina kirpusta lumihiutaleeseen – vuonna 1665 julkaistussa teoksessa Micrographia. Ensimmäisen systemaattisen tutkimuksen lumihiutaleista teki vuonna 1954 japanilainen ydinfyysikko Ukichiro Nakaya, joka ydinfysiikan tutkimuslaitteiston puuttuessa alkoi luetteloimaan lumihiutaletyyppejä sekä jääkiteen kasvuun vaikuttavia tekijöitä, lopuksi luoden kontrolloiduissa olosuhteissa keinotekoisia lumihiutaleita.
Onko sitten kahta samanlaista lumihiutaletta? Helppo vastaus olisi sanoa, että ei ole. Toisaalta tähän visaiseen kysymykseen ei ole olemassa varmaa vastausta. Se, että sinä et ole löytänyt kahta samanlaista hiutaletta ei kerro mitään siitä mahdollisuudesta, etteikö niitä kuitenkin jossain saattaisi olla olemassa. Käytännössä kenenkään aika ei riitä analysoimaan miljardien hiutaleiden kidemorfologiaa. Lisäksi meinaavat nuo vielä sulaakin, kun taas västäräkki laulaa puussa.
Jokaisen lumihiutaleen syntyä ohjaavat samat fysiikan ja kemian lait. Ilmassa leijuva pieni partikkeli, vaikkapa pölyhiukkanen voi toimia alkuna kokonaisen tapahtumaketjun vyörylle, missä pienikin muutos ympäristön olosuhteissa tuottaa taas hiukan erilaisen lumihiutaleen.
Aitoa sattumaa vai vahvan deterministisen syy-seurausketjun tulos? Kenties villalapasen päälle tippuneelle lumihiutaleelle ei annettu mitään muuta mahdollisuutta kuin kasvaa juuri tuollaiseksi.
Lähteet:
snowflake.com Kenneth G. Libbrecht, Caltech
http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/earlyobs/earlyobs.htm
Lumikiteiden visualisointi soluautomaateilla – Juha Laakko
https://arkki.ramk.fi/RAMK/julkaisutoiminta/Julkaisut/Lumikiteiden%20visualisointi.pdf
Valokuva:
flickr, Snowflake – David Wayne’s photostream
Niin kauan kuin jossain on lumihiutale, jota ei olla tutkittu, ei voida perustellusti sanoa ettei kahta samanlaista ole. Maalaisjärki tosin väittää vastaan, että kun empiirinen todennäköisyys lähenee nollaa, sen voidaan sanoa olevan käytännössäkin niin.
Pieni pohdintina jollekulle: Mikä on todennäköisyys sille, että kaikki ensi talvena satavat lumihiutaleet ovat keskenään samanlaisia. Ylioppilaskokeen bonustehtäviin sopiva pähkinä ;)
Niin, tiedä häntä. Onko maailmassa kahta samanlaista atomia? Riippuu toki, mitkä kriteerit samankaltaisuudelle lopulta määritellään. Visainen filosofinen pulma, kaiken kaikkiaan.
Kuuntelin juuri eilen kiehtovan radio-ohjelmajakson aiheesta, New York Public Radion ohjelmassa Radiolab. Suosittelen kuuntelemaan! http://www.radiolab.org/2012/dec/17/snowflakes/
Hyvä analyysi ja aika perusteltu vastauskin kysymykseen ”onko kahta samanalaista lumikidettä” löytyy lähteissäkin mainitulta sivustolta:
http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/alike/alike.htm
Tiivistelmä:
Atomitasolla kaikki vety- ja happiatomit ovat keskenään samanlaisia, ne kun ovat määritelmällisesti aineen perusyksiköitä, ja samoin suurin osa vesimolekyyleistäkin on samanlaisia (miksei kaikki, ks. em. linkki). Mutta kun tyypillisessä lumikiteessä on 10^18 (triljoona) vesimolekyyliä, niin vaikka niistä suurin osa eli 10^15 (tuhat biljoonaa) olisi aivan samanlaisia, niin kombinaatioiden määrä on edelleen sellainen, että vaikka joka talvi syntyykin 10^24 (kvadriljoona) kidettä, niin todennäköisyys kahden samalaisen kiteen syntymiselle koko maailmankaikkeuden iän kuluessa on häviävän pieni.
Eli lyhyt vastaus: hyvin todennäköisesti ei ole kahta samanlaista lumikidettä.
Ja jos puhutaan lumihiutaleista (jotka koostuvat monesta, monesta lumikiteestä), niin kahden samanlaisen mahdollisuus on vielä pienempi, koska kombinaatioiden määrä on suurempi.
Japanilaiselta Masaru Emotolta on hyvin mielenkiintoisia tutkimuksia eri laatuisista vesistä jäädytetyistä lumihiutaleista, netistä löytyy kuvia. Kun vesi tulee luonnosta puhtaista vesistä, kiteet ovat kauniita, kun taas saastuneesta vedestä syntyy epäsäännöllisiä kiteitä. Sitten siirrytään aika erikoiseen ilmiöön, kun eri sisältöisillä sanoilla tai musiikikappaleilla käsitellystä vedestä syntyy erilaisia kiteitä. Vedestä, jolle on näytetty tai puhuttu rumia sanoja, tai soitettu repivää musiikkia, syntyy rumia kiteitä, kun taas muussa tapauksessa vedestä syntyy kauniita ja säännöllisiä kiteitä. Toivottavasti Suomessakin joskus tutkitaan tarkemmin tällaisia erikoisempia ilmiöitä.