Kar taneleriyle ilgili en yaygın ifadelerden biri, hiçbirinin birbirinin aynı olmamasıdır. Peki, hiçbir kar tanesinin birbirine benzemediği tamamen doğru mu, bilim insanları bu konuda ne diyor? Bunun cevabı ayrıntılarda gizlidir ve kar tanelerine ne kadar yakından bakıldığına bağlıdır.
Sorunun kısa cevabı evettir, iki karmaşık kar tanesinin birbirine tam olarak benzemesi gerçekten de son derece düşük bir ihtimaldir. Hatta o kadar düşük bir ihtimaldir ki, şimdiye kadar yapılmış olan her bir taneye bakılabilse bile birebir kopyası bulunamaz.
Uzun cevap biraz daha karmaşıktır, “benzer” kelimesi ile neyin ve “kar tanesi” ile ne kastedildiğine bağlıdır.
Kar Tanesi Özelliklerinin Keşfi ve İncelenmesi
1885 ile 1931 yılları arasında fotoğrafçı ve kendi kendini yetiştiren Meteorolog William Bentley binlerce kar tanesini fotoğraflamıştır. Fotoğraf makinesini, mikroskobu, tekerlekleri ve ipleri içeren bir alet tasarlayarak kar tanelerinin daha ayrıntılı görüntülerini yakalamasını sağlamıştır. Öncü fotoğrafçılığı ve kar tanesi özelliklerine ilişkin gözlemleri, onu hiçbir kar tanesinin birbirine benzemediği sonucuna götürmüştür. Bu konuyla ilgili bir makale yayınladıktan sonra, bu fikrin kabul görmesine yol açmıştır. “Kar Kristalleri “adlı kitabı 1931 yılında, ölümünden kısa bir süre önce yayımlanmıştır ve bugün hâlâ basılmaktadır. Çalışmaları nedeniyle “Kar Tanesi Bentley” olarak tanınmıştır.
Kar taneleri atmosferdeki farklı nem ve sıcaklık bölgelerinde hareket ettiğinden, tek tek kar taneleri birbirlerinden farklı ayrıntılara sahip olma eğilimindedir. Kar taneleri, gelişmiş laboratuvar ekipmanları kullanılarak laboratuvarda da oluşturulabilir. California Teknoloji Enstitüsü’nden Kenneth Libbrecht, kontrollü bir ortama sahip bir laboratuvarda gözle görülür derecede benzer kar taneleri üretmiştir. Libbrecht bir fizikçidir. Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’ndeki laboratuvarı güneşin içyapısını araştırmış ve yerçekimi dalgasını tespit etmek için gelişmiş cihazlar geliştirmiştir. Ancak 20 yıldır Libbrecht’in tutkusu kardır. Laboratuarında çok sayıda kar tanesi oluşturan Libbrecht ve diğer bazı bilim insanları, birbirinin aynısı olan kar tanelerinin ancak kontrollü bir ortama sahip bir laboratuvarda üretilebileceğini savunmaktadır.
Kar Tanelerinin Şekilleri
Kar taneleri, birleşerek karı oluşturan yeterli büyüklükteki küçük buz kristalleridir. Bir kar tanesinin etrafındaki bulutun mikro ortamındaki küçük değişiklikler, sonunda alacağı şekli etkiler. Su buharı henüz donmaya başladığında, gevşek bir şekilde dizilmiş su molekülleri düşünülürse donan su molekülleri her bir oksijen atomunun dört hidrojen atomuyla çevrili olduğu sert bir kafes oluşturmaya başlar. Bu kristaller, çevrelerindeki havadan gelen su moleküllerini örüntülerine dahil ederek büyürler. Yukarı ve dışarı olacak şekilde iki ana yönde büyüyebilirler. Kenarlar, kristalin iki yüzünden daha hızlı bir şekilde malzeme çektiğinde ince, düz bir kristal (levha benzeri veya yıldız benzeri) oluşur. Gelişmekte olan kristal dışa doğru yayılır. Bununla birlikte, yüzleri kenarlarından daha hızlı büyüdüğünde, kristal uzar ve bir iğne, içi boş sütun veya çubuk oluşturur.
1930’larda Japon araştırmacı Ukichiro Nakaya, farklı kar kristali türleri üzerinde sistematik bir çalışmaya başlamıştır. Yüzyılın ortasına gelindiğinde Nakaya, tam teşekküllü kar tanelerine dönüşebilecekleri soğutulmuş havada don kristallerini askıya almak için tek tek tavşan kıllarını kullanarak bir laboratuvarda kar taneleri üretmiştir.
Tüm kar taneleri, resimlerde hoşa giden dantelli veya yıldız şekilli kar taneleri değildir. Aslında, farklı sıcaklıklarda bir dizi farklı temel şekil oluşur, dolayısıyla kar tanesinin türü, içinde oluştuğu bulutun sıcaklığına bağlıdır. Nakaya, iki ana kristal tipini(plakalar ve sütunlar) büyütmek için nem ve sıcaklık ayarlarıyla oynamış ve olası şekillerin ufuk açıcı katalogunu oluşturmuştur. Nakaya, 0 ile -5 santigrat derece arasında iken kristallerin düz altıgen ince plaka (- 2,2 santigrat derecede başlar) şeklini aldığını, -2 ile -15 santigrat derecede yıldız şekilli olduklarını bulmuştur. Kristaller sadece -2 santigrat derecede büyürse nadir de olsa altıgen plakalar yerine üçgen plakalar oluşur. İğne biçimli ve sütun biçimli kristaller -5 ile -10 santigrat derecede arasında, altı köşeli, dantelli (dendritli) yıldız plakalar ise -10 ile – 20 santigrat dereceler arasında oluşur. Hava sıcaklığının -16 santigrat derece ve altında olması durumunda plakalar ile kolon ya da sütun biçimli kristaller kombinasyon oluşturur.
Sıcaklık, nem ve hava basıncındaki değişim, kar tanelerini kristalleşme süreçleri arasında geçiş yapmaya zorlar. Daha kuru hava (düşük nem) düz yüzeylerde büyümeyi teşvik eder, yıldız şekilli olanlar birkaç dal oluşturur ve altıgen plakalara benzer. Daha yüksek nem uçlarda, kenarlarda ve köşelerde büyümeyi teşvik eder. Daha fazla su buharı ayrıca daha hızlı büyüyen ve daha karmaşık, dantelli kristallere (eğrelti biçiminde dalları olan) yol açar. Bir kristal düşerken buz donabilir veya geçen başka bir pul kristalin bazı dallarını koparabilir. Bir su damlasının yaklaşması bile bir dalın büyümesini etkileyebilir.
Kar Tanelerinin Boyutları
Montana’da bir çiftlik sahibi 1887 yılında kayıtlara geçen en büyük kar tanesini görmüştür. Gördüğü kar tanesi 15 inç (38,10 cm) genişliğinde ve 8 inç (20,32 cm) kalınlığındadır. Bu büyüklükte bir kar tanesinin oluşabilmesi için havada yüksek nem oranının yanı sıra çok az ya da hiç rüzgar olmaması gerekir. Aksi takdirde, kar tanesi yere doğru düşerken donmuş su damlacıklarını ve buz kristallerini toplamaya devam edemez. Kar taneleri ayrıca inanılmaz derecede küçük olabilir ve bir kar tanesinin görünümü düşünülenlerden farklı görünebilir. Bu minik kar taneciklerine elmas tozu adı verilir ve güneş ışığında görüldüklerinde parıldarlar. Bunlar, Kuzey Kutbu, Antarktika ve bazen Kanada ve ABD’nin en kuzey kısmı da dahil olmak üzere aşırı soğuk havalarda bulunan altıgen prizmalardır.
Küçük Kar Kristalleri Birbirine Benzeyebilir
Hiçbir kar tanesinin birbirine benzemediği ifadesi tamamen gelişmiş kar taneleri için muhtemelen doğrudur, ancak kristal oluşumunun erken aşamalarında dökülen bazı kar taneleri için geçerli olmayabilir. Her kar tanesinin tam olarak nasıl bir şekil alacağı, atmosferden düşerken karşılaştığı nem ve sıcaklıktaki değişikliklere bağlıdır. Ancak aynı anda düşen kar taneleri sıcaklık ve nemdeki benzer değişikliklerle benzer koşullar altında oluşmuş olabileceğinden, iki veya daha fazla kar tanesinin aynı görünme olasılığı vardır. 2007 yılında, “Hiçbir kar tanesi birbirine benzemez” sözünün doğru olmayabileceğine dair yeni bilgiler ortaya çıkmıştır. Basit şekilli kristaller genellikle birbirine benzer görünür ve makul sayıda kar kristali incelenirse, mikroskopta temelde ayırt edilemeyen iki kristal bulunabileceğini hayal etmek zor değildir. Basit kristaller çok yaygın olduğundan (küçük oldukları için pek fark edilmezler), birbirine çok benzeyen çok sayıda doğal kar kristali olduğunu söylemek yanlış olmaz. Tipik bir kar kristali 1018 su molekülü içerir. Az sayıda (örneğin 10) su molekülüne sahip kar kristallerinin birbirine benzemesi mümkündür. Ancak bu sadece basit altıgen prizmalar için geçerlidir.
İki Kar Tanesi Neden Tıpatıp Birbirine Benzemez?
Doğadaki bazı şeyler tamamen birbirine benzer. Örneğin, temel parçacıklara ilişkin anlayış, tüm elektronların tam olarak aynı olduğunu göstermektedir. Bu, kuantum fiziğinin temel taşlarından biridir ve biraz düşünülürse bunun çok derin bir ifade olduğunu görülür. Elektronlar gerçek temel parçacıklardır, çünkü hiçbir bileşenleri yoktur; dolayısıyla hepsi birbirinin tıpatıp aynısıdır. Bir su molekülü bir elektrondan çok daha karmaşıktır ve tüm su molekülleri birbirinin tıpatıp aynısı değildir. Genel olarak konuşulursa, su molekülleri bir O16 atomu ve iki hidrojen atomuna sahiptir. Ancak tüm su molekülleri bu düzenlemeye sahip değildir. Bazı su moleküllerinde (her 5000 su molekülünden yaklaşık bir tanesinde) hidrojen atomlarından birinin yerine döteryum atomu, bazı su moleküllerinde ( yaklaşık her su molekülünün bir tanesinde) ise daha yaygın olan 0 (oksijen) 16 atomu yerine bir O (oksijen)18 atomu bulunur. Moleküler düzeyde, bir kar tanesinin çeşitli şekillerde oluştuğu göz önüne alındığında, iki kar tanesinin aynı olması neredeyse imkansızdır.
Bunun dışında, aynı DNA’ya sahip tek yumurta ikizlerinin büyümesi ve yeni deneyimler kazanması gibi, kar tanelerinin her biri, yapılarını etkileyen farklı koşullara maruz kalır. Dolayısıyla, iki kristal başlangıçta birbirinin aynısı olsa bile, sonunda yere düştüklerinde birbirlerinin aynısı olmayacaklardır.
Son olarak, kar taneleri başlangıç malzemesi olarak, aşırı doymuş hava kütlelerinde küçük toz taneleri veya polen gibi organik parçacıklar etrafında çekirdeklenen buz kristalleri şeklinde oluşur. Bu parçacıklar farklı şekil ve boyutlara sahiptir, yani nadiren iki veya daha fazla kar tanesi aynı şekilde başlar. Düzenli şekilli bazı toz tanecikleri, su buharı ile temas ettiklerinde düzensiz şekillere dönüşebilir.
Sonuç
Bu konuda hala bazı tartışmalar olsa da, iki kar tanesinin moleküler düzeyde aynı olması neredeyse imkânsızdır. İki veya daha fazla nesnenin özdeş olup olamayacağı konusundaki tartışmanın çözülmesi zaman alacaktır. Pek çok filozof, iki atomun bile özdeş olmadığı düşüncesinden hareketle, hiçbir şeyin özdeş olamayacağına inanmaktadır. Dolayısıyla, birçokları özdeş kar taneleri sorusunun gereksiz ve anlamsız olduğunu düşünmektedir. Herhangi iki kar tanesinin aynı kabul edilebilmesi için, gerçekten ayırt edilemeyecek nesneler olacak kadar hiçbir değişiklik olmaksızın aynı şekle sahip olmaları gerekir. Buna göre kar taneleri arasındaki görsel benzerlik, “hiçbir kar tanesi birbirine benzemez” ifadesi var olduğu sürece devam edecek bir tartışma konusu olmaya devam edecektir. Kar taneleri gözle görülür şekilde benzer olsa da, aynı şey moleküler düzeyde söylenemez. Bilimsel görüş birliği, iki büyük (makroskobik) kar kristalinin tamamen aynı olma olasılığının çok düşük bir ihtimal olduğunu (sıfıra yakın) olduğunu belirtmektedir.
