Estamos en una época en que los científicos pueden detectar las partículas infinitesimalmente pequeñas que dotan a los átomos de masa y están investigando algunos de los misterios más profundos de la biología, como la forma en que las experiencias y los recuerdos pueden transmitirse a través de los genes de un organismo.
Por lo tanto, puede sorprendernos que aún no comprendamos la mecánica de un fenómeno natural relativamente simple: la nieve.
La formación de copos de nieve, esencialmente, la forma idiosincrásica en que el agua cristaliza cuando se suspende en nuestra atmósfera, es un proceso extremadamente complejo que aún no ha sido completamente descrito por las fórmulas científicas. "La gente piensa que un copo de nieve es solo una gota de agua congelada", dice el profesor de física de Caltech, Kenneth Libbrecht, quien ha pasado las últimas décadas estudiando el proceso de formación de copos de nieve. "Pero eso es aguanieve, solo pequeños cubitos de hielo, y ni siquiera cerca de lo que es un copo de nieve".
Un copo de nieve crece en el laboratorio de Libbrecht, acelerado
A lo largo de su investigación, el trabajo de Libbrecht ha crecido hasta abarcar el arte y la ciencia. Ha producido documentos científicos y cientos de hermosas fotos de copos de nieve naturales (que ha publicado en varios libros diferentes y que ha aparecido en sellos postales de EE. UU.), Y también ideó formas ingeniosas de cultivar copos de nieve artificialmente en un laboratorio para estudiar su formación en detalle microscópico.
Pero todo comenzó, dice, con un viaje de regreso a la casa de su infancia en Dakota del Norte. "Estaba visitando a mi familia allá, y salí afuera, y había toda esta nieve en el suelo", dice. "De repente pensé: '¿Por qué no entiendo más sobre estos copos de nieve?'"
Eso llevó a Libbrecht a comenzar a estudiar la dinámica de la formación de copos de nieve en su laboratorio, entre la investigación de temas más esotéricos como los láseres de diodos giratorios y el ruido emitido por las supernovas. "Me di cuenta de que mucho sobre los copos de nieve no se entiende muy bien, y que el hielo es un material bastante económico para trabajar", dice.
La formación de incluso un solo copo de nieve es un evento complejo a nivel molecular. En la naturaleza, comienza cuando el vapor de agua de una nube se condensa en gotas de agua. Sin embargo, incluso a temperaturas bajo cero, la mayoría de estas gotas generalmente permanecen en forma líquida, ya que necesitan una partícula sobre la cual congelar: ya sea una partícula de polvo o unas pocas moléculas de agua que se han dispuesto en la matriz hexagonal que caracteriza el hielo.
Sin embargo, una vez que las gotas comienzan a cristalizar en una partícula central, el proceso se acelera rápidamente. Con un núcleo de cristal en su lugar, las moléculas de agua sobreenfriadas en las gotas de agua circundantes se condensan fácilmente en el cristal, lo que aumenta su crecimiento de una manera geométricamente regular. Para cuando el gran cristal (que llamamos copo de nieve) haya salido de la nube, Libbrecht estima que habrá absorbido el agua de unas 100.000 gotas cercanas.
Todo eso puede sonar simple, pero como descubrieron Libbrecht y otros científicos, ligeros cambios en las circunstancias de estos cristales (la humedad y la temperatura de la nube, para empezar) pueden conducir a escamas radicalmente diferentes. Para comprender mejor esta dinámica, Libbrecht se dio cuenta de que necesitaba una forma de observar el proceso de crecimiento real de los copos de nieve. Sin una forma de incrustarse en una nube flotante, decidió desarrollar un método para cultivar copos de nieve artificialmente en su laboratorio de California.
"Hacer que un cristal individual crezca de tal manera que parezca un copo de nieve no es fácil", dice. "Si quieres escarcha, solo un montón de cristales que crecen a la vez, eso es bastante simple, pero los cristales individuales son más complicados".
El proceso de Libbrecht, desarrollado en los últimos años, se realiza en una cámara fría y dura unos 45 minutos en total. Comienza con una pieza de vidrio completamente limpia y esparce muchos cristales de hielo microscópicos sobre ella. Con un microscopio, aísla un cristal particular, luego sopla aire húmedo ligeramente más cálido sobre el vidrio. El vapor de agua se condensa en el cristal de semillas, al igual que en una nube real, y finalmente forma un copo de nieve visible.
Trabajando con este proceso, Libbrecht ha determinado los niveles de temperatura y humedad que conducen a cada tipo particular de copo de nieve. "Los llamo 'copos de nieve de diseño', porque puedes cambiar las condiciones a medida que creces y predecir cómo se verán", dice. Entre otras cosas, descubrió que un copo de nieve con un borde delgado crece más rápido, lo que hace que el borde se agudice aún más, lo que finalmente conduce a un copo relativamente grande. Sin embargo, los copos de nieve que comienzan con bordes más contundentes crecen más lentamente y permanecen romos, lo que lleva a prismas en bloque, en lugar de placas elegantes.
Finalmente, cuando Libbrecht quería publicar un libro sobre su trabajo, descubrió que, aunque eran buenos para su tiempo, la mayoría de las fotos de copos de nieve disponibles estaban desactualizadas, como las tomadas por Wilson Bentley en la década de 1930. En respuesta, comenzó a fotografiarlos él mismo en alta resolución, utilizando equipos especializados y, a veces, luces de colores para aumentar el color y la profundidad de los copos claros.
¿Qué pasa con la idea común de que no hay dos copos de nieve iguales? "Todo el mundo siempre me pregunta eso", dice Libbrecht.
Resulta que la respuesta es un problema matemático. Si define un copo de nieve como meras diez moléculas de agua, entonces es posible que dos copos diferentes sean idénticos a nivel molecular. Pero para un copo de tamaño completo, dice, es extremadamente improbable que multa dos idénticos que ocurren naturalmente, de la misma manera que las probabilidades de dos huellas digitales idénticas son extremadamente pequeñas. "Una vez que empiezas a complicar las cosas un poco, la cantidad de posibilidades crece astronómicamente y la probabilidad de tener incluso dos copos de nieve que se parecen remotamente cae a cero", dice.
