non esistono in natura due fiocchi di neve identici

Nonostante la storia che gli Inuit abbiano centinaia di termini per indicare i vari tipi di neve non sia altro che il frutto di un fraintendimento lessicale, è invece vero che esistono svariati tipi di neve, di nevicate e di precipitazioni nevose. Così differenti tra loro da dover necessitare di una vera e proprio classificazione.

I fiocchi di neve sono il risultato di un fenomeno altamente complesso che ha origine in atmosfera e che genera una notevole varietà di cristalli.

Immagini pubblicate con il consenso di Kenneth G. Libbrecht, professore di fisica del Caltech

Molti avranno sentito dire che “non esistono in natura due fiocchi di neve identici“. Ma è vero?

Analizziamo la cosa in modo realistico, a Sella Nevea in Friuli cadono fino a 10 / 12 metri di neve fresca ogni anno che a fine stagione lasciano uno strato innevato tra i 4 ed i 6 metri in quota. Il numero di fiocchi di neve che sono necessari a produrre un simile accumulo è enorme. E’ davvero possibile che nessuno di questi cristalli abbia un gemello?
No! Non è possibile.

Vediamo perché e partiamo da lontano introducendo un po’ di matematica. Quando si deve lavorare con numeri molto grandi si utilizza una notazione di questo genere:
10^12, che altri non è che 1 seguito da 12 zeri e quindi: 1.000.000.000.000, semplice vero?

Ora dobbiamo memorizzare alcune cifre che ci torneranno utili a breve:
Si suppone che nell’intero universo osservabile ci siano circa 10^85 atomi.
Un cristallo di neve è formato mediamente da 10^18 molecole di acqua.
Si stima che dall’inizio dei tempi siano caduti 10^34 fiocchi di neve.

Ma torniamo alla neve. La neve è fatta di acqua che è formata da un atomo di ossigeno e due di idrogeno. Questa è la base e la fisica ci dice che due atomi di acqua sono esattamente uguali… in un mondo perfetto però. Nella realtà invece una molecola di acqua ogni 5000 ha deuterio al posto dell’idrogeno, ed una ogni 500 ha un atomo di ossigeno con massa 18 anziché 16. Questi elementi alternativi, spesso presenti in natura, sono chiamati isotopi, in questo caso sono stabili e non pericolosi.

Da questi dati e dal fatto che mediamente un cristallo di neve è formato da 10^18 molecole di acqua è semplice verificare che almeno 10^15 molecole saranno differenti dalle altre e saranno distribuite in modo casuale all’interno del cristallo.
Sto dicendo che in un singolo fiocco di neve ci sono 1.000.000.000.000.000 molecole che possono essere disposte in modo differente.

Supponendo che il numero di fiocchi di neve che cadono ogni anno sulla terra sia di circa 10^24 allora è virtualmente impossibile distinguere dallo zero la possibilità che durante tutta la vita dell’interno universo cadano due cristalli di neve uguali.

Un piccolo esempio può rendere l’idea dell’ordine delle cifre in gioco.
Immaginate di dover sistemare cinque libri diversi su uno scaffale, quante possibili disposizioni potete ottenere? Cinque per il primo libro, quattro per il secondo e così via… in totale 5x4x3x2x1=120 combinazioni.
Improvvisamente i libri diventano dieci, ora le possibili combinazioni sullo scaffale sono ben 3628800.
Come vedete le cifre aumentano in modo vertiginoso. Ma quanto vertiginoso? Tanto! Con soli 100 libri le possibili combinazioni sul nostro scaffale sono poco meno di 10^138 … 1 con 138 zeri dietro … una cifra infinitamente più grande del numero stimato di atomi nell’universo.
Ora immaginate quante possibili sistemazioni differenti hanno le 10^15 differenti molecole di acqua che compongono il singolo fiocco di neve.

Non basta, anche ipotizzando di creare dei cristalli perfetti con acqua standard e poche molecole è altamente improbabile che due cristalli siano uguali a causa del fenomeno delle dislocazioni, piccole imperfezioni, che si generano in modo casuale durante la crescita del cristallo.

Il bello è che non è ancora finita. Non siamo ancora al termine della descrizione della complessità dei cristalli di neve.
Durante tutta la loro breve vita ognuno di essi cresce e si sviluppa incontrando condizioni di pressione, umidità e temperatura leggermente diverse dai cristalli vicini e la loro storia non sarà mai uguale, così come il loro sviluppo e crescita.
Nella loro discesa in atmosfera ognuno farà percorsi differenti, incontrando appunto condizioni differenti.
Anche definendo solo un centinaio di parametri geometrici per descrivere la loro crescita si nota immediatamente che anche in questo caso le variazioni possibili sono veramente tante. E sono da sommare a quelle possibili su scala molecolare e microcristallina.

La morale? Dovete avere molto rispetto per quelle piccole stelline che cadono sulla vostra giacca quest’inverno, in realtà ognuna di esse è un capolavoro unico. Garantisce la matematica.
Sperando di non avervi annoiato, ma solo incuriosito 🙂

Riferimenti: lo splendido sito di Kenneth G. Libbrecht, professore di fisica del Caltech, forse la maggiore autorità mondiale in questo campo.