《科学之美》

第1集：探索水的微观世界

谁见过水分子的模样，自然界里真的没有两片完全相同的雪花吗，冰面光滑的背后，究竟藏着怎样的奥妙，冰雪融化的真相，超乎我们的认知，让我们穿透视觉极限，见证一滴水背后的科学奇迹。

没有飘雪的冬季，就少了一分这个季节该有的魅力和气韵，人们常说，每一片雪花都是独一无二的冬日精灵，但它们的模样究竟是怎样的呢？

科普爱好者张超，对雪花的拍摄已经持续了数年，虽然每年降临人间的雪花不计其数，但要拍到漂亮的雪花并不容易，雪花的个体极其微小，直径一般在0.5到3毫米之间，5000朵雪花放在一起，重量也不超过1克，利用改造后的显微镜，雪花逐渐呈现出清晰的模样，有人通过研究发现了近6000种彼此不同的雪花，人们认为世界上没有两朵大小和形状完全相同的雪花，人类已经发现，纷纷扬扬飘落的雪花，尽管形态细节方面各有差异，但大都是六角形的，雪花为何具有瑰丽而奇妙的形态，不仅仅是一位科普摄影师张超的困惑，这同样引起了许多科学家的兴趣，尽管千差万别，但雪花为什么都是六角形的，为什么是6而不是其他数字？

白雪冬：科学家们早期的研究就发现，雪花的形状取决于水分子的结晶过程，水结晶以后，它的结构是什么，自古以来人类是非常感兴趣的，科学家在这个方面做了很多探索。

来自冰雪的魅力，吸引着探索的目光，中国科学技术大学人文与社会科学学院，年轻的学子们正以另一种视角，呈现雪花形成初期的过程，以电制冷的方式降温，一滴水一层水膜，一缕缕水蒸气，它们将以怎样的方式完成这场白色魔术呢？

低温沉寂了世界，也让水分子们放缓了脚步，零下10摄氏度的玻璃表面，使得它们迅速完成了从气态到固态的转换，水分子仿佛被一种无形的力量牵引，它们开始有序地排列，构建起一座座微小而精妙的冰晶宫殿，低温使得一颗水珠开始了自外而内的结晶过程，它们最终以一种特定的结构紧密相连，形成了坚硬而透明的晶体，这是一场温度结构与形态之间的奇妙对话。

在我国寒冷的北方，这样的过程一次次地在玻璃窗上呈现。

王恩哥：我记得我很小的时候，你就能够看到那个玻璃，结冰就从那个小的冰花开始，它是从底下往上走，很有意思，慢慢就把这个玻璃整个冻得什么也看不见了，人们就认为自然界的冰花，大部分都是六角形的，但是有人预计在这里面，可能有四方形的，但是从来没有人看到过。

对于科学家而言，这番探索不仅仅是为了揭示一片雪花的诞生过程，自然的力量创造了雪花的万般变化，也深刻影响着我们的生活。

白雪冬：比如说我们高压线路的结冰，有可能会形成这个停电断电的一个现象，短路的现象，通过我们结构的确认，能否开发出有效的抗冻剂，在生命科学上，在医学上一样，这个冰的不同结构，会影响冷冻的效果，比如说器官的保存，细胞的冷冻这些效果，和这个结构都密切相关。

在王恩哥院士的推动下，中国科学院物理研究所白雪冬王立芬科研团队的探索，在2023年取得了重要进展。

王恩哥：就是让这个温度降低了以后，把水吹进去，然后在一个材料的表面，形成这个雪花，我们就看这里面，有什么样的雪花。

液氮与电镜的结合，创造出了一个特别的观测条件，零下170摄氏度的衬底，气相水瞬间凝结成冰晶。

白雪冬：最后我们在实验室里面，在电镜里面观察到了纯相单晶的立方冰。

王恩哥：那么我们这个工作，第一次告诉大家，在（雪花）初期形（成）的过程中，立方形和六角形的雪花，是同时存在的。

这是人类第一次看到雪花形成初期的本来面自，首先会形成无定形冰晶，大都会结晶形成纯相的单晶立方体，随后逐步生长出六角冰。这是人类关于雪花的研究历程中迈出的重要一步，也让我们窥探到了雪花所呈现的科学魅力，学者们相信，这些发现将为解决那些结冰产生的烦恼带来灵感。

关于雪花谜题的探索过程中，科学家们已经关注到了它的本真形态，那就是我们再熟悉不过的水，但是我们真的了解水吗？

一滴水珠的下落和入水，也展现着不同力量彼此作用的奥妙，以及能量的微妙转换，一场水分子的沸腾之舞，完成了液态和气态的转变，这些司空见惯现象的背后，依旧有许多未解之谜。

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