Изящные и идеально симметричные снежинки, которые создаёт Дэвид Гриффит (David Griffeath), математик университета Висконсин-Мэдисон, – ледяные художественные сокровища.Но за всей этой красотой и очарованием стоит серьёзная наука. Хотя они и выглядят, будто бы опустились прямо из облаков, эти ‘снежинки’ в действительности — продукт сложной компьютерной модели, разработанной для воспроизводства комплексного роста снежных кристаллов.

Гриффит на протяжении четырёх лет разрабатывал модель совместно с коллегой из Калифорнийского университета, Джанко Гравнером (Janko Gravner ); она способна генерировать все природные типы снежинок в детальном трёхмерном виде.

(Фото: Image courtesy of University of Wisconsin-Madison)

Учёные в течение нескольких лет совершенствовали модель, сделав её максимально простой и эффективной, и всё же на выращивание одной такой снежинки уходит один день.

В природе каждая снежинка начинается с небольшой частицы пыли, бактерии или загрязняющего вещества в небе, вокруг которого начинают объединяться молекулы воды, затем они замерзают, образуя крошечный кристалл льда. Каждая снежинка состоит приблизительно из квинтильона молекул, форма зависит от температуры, влажности и других местных условий.

Как такой на вид вероятностный процесс производит кристаллы, геометрически простые и в то же время невероятно сложные, интересует учёных с 1600х, но никому до сих пор не удавалось смоделировать их рост. Модель Гриффита и Гравнера не только правильно воспроизводит основные формы, включая папоротниковидные звёзды, длинные иголки и широкие призмы, но и тонкие элементы, такие как микроскопические гребешки, которые проходят вдоль ветвей, а так же причудливые круговые рисунки на поверхности.

С практической точки зрения модель может помочь учёным прогнозировать то, как различные типы снежинок в облаках влияют на количество воды, достигающей земли. В настоящее время Гриффит изучает эту возможность совместно с метеорологами университета Висконсин-Мэдисон.

По словам Гриффита, проект помог ему по новому открыть для себя восприятие воды.
“Вода – самая удивительная молекула во Вселенной, чистая и простая”, – говорит он, — “Всего три крошечных атома, но её физическая сущность и химический состав невероятны”.

Математические «снежинки» имитируют природу, продвигают науку