ما هو الشرح وراء الشكل البلوري للثلج؟ إنني أعمل مدرسا بمدرسة وحاليا فإني بدورة تدريبية بمعهد البحوث التربوي – مركز Nevers، وقد طرأ هذا السؤال عن شكل بلورات الثلج عند دراسة وإجراء التجارب حول تحولات المادة.

ينتج تكون الثلج عن بلورة الماء بمعنى تغير حالة المادة، ويتعلق الأمر في هذه الحالة بالانتقال من الماء بصورته السائلة إلى الماء بصورته الصلبة؛ وتنظم جزيئات الماء في الفراغ خلال تكون بلورة الثلج بحيث تستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة، ويوجد في حالة الماء قوى ضعيفة جدا بين الجزيئات تسمى "بالروابط الهيدروجينية" التي تمنح للماء خصائص مميزة، وينتج تشكيل جزيئات الماء داخل بلورة الثلج من هذا التأثير: عند خفض مقدار الطاقة اللازمة لتكون البلورة إلى حدها الأدنى فتنظم الجزيئات بطريقة مرتبة ولكنها جميلة جدا بالفراغ.

يقال أن بلورتين من الثلج لا يمكن أن تتطابقا أبدا، ويرجع هذا إلى الهيئات المختلفة التي تتخذها بلورات الثلج عند تكونها، وقد أحصينا عشرة أشكال مختلفة (منها الإبرة والمنشور المفرغ والتفرعات وغيرها) وتتوقف الهيئة التي تتخذها البلورة على درجة الحرارة والرطوبة بالمكان الذي تتكون فيه، وبالتالي فعند درجة حرارة معينة قد تتخذ البلورة شكل إبرة، وعند درجة حرارة أخرى قد تتخذ شكل بلورات مسطحة ذات ستة أضلع أو شكل نجمة ذات ستة أفرع؛ وعند تكون بلورة الثلج بالسحاب يتغير المناخ المحلي المحيط به باستمرار محددا الشكل الذي ستتخذه البلورة،
فإذا ثبتت درجة الحرارة والرطوبة في أثناء تكون الفروع المختلفة لبلورة معينة فسينمو بطريقة متماثلة وفي المقابل فإن لبلورتين مختلفين تاريخا وشكلا مختلفين.

لقد اتصلت بمتخصصين مرموقين أكدوا لي أن مشكلة نمو البلورات حتى إذا كان قد تم حلها فعليا فما هي إلا جزء من مشكلة أصعب بكثير؛ فماذا يحدث في وسط ملئ ببخار الماء وعند درجة حرارة منخفضة وفي وجود بلورة ثلج كانت قد بدأت في النمو؟ ينجذب جزئ الماء الذي يقترب من البلورة بواسطة جزيئات أخرى كانت قد اتخذت مواضعها ولكن لا تتساوى كل المواضع، فإذا كانت البلورة مسطحة سيمتد في اتجاهين وستتيح المواقع على طرفي المسطح فرصة أكبر لتعلق الجزيئات بها عن المواقع الموجودة بالوسط لذا سيستقر الجزئ بسهولة أكثر وسيستمر نمو المسطح؛ وعلاوة على ذلك تكمن المشكلة الأساسية بالنمو البلوري في إفراغ الطاقة التي يحررها التجمد ويمكن إدراك أن الشكل المدبب يتيح مساحة أكبر من حوله لإفراغ تلك الطاقة عن خط مستقيم أو عن مساحة مسطحة، وهكذا يفسر نمو البلورة على شكل مسطح وانتشار حدودها التي تتشعب هي نفسها مع احترام الاتجاهات البلورية للثلج التي تعد الاتجاهات البلورية للمسدس؛ والشيء الوحيد الذي لم تقم تلك النظريات بشرحه هو التماثل المتكامل لبلورة جميلة الشكل ذات أذرع متشابهة في كل تشعباتها، فكيف لجزئ الماء الجديد القادم نحو البلورة أن "يعرف" بأي المواقع يستقر مع مراعاة عدم الإخلال بالتماثل للشكل المعقد؟ ويبدو أنه فيما يخص هذه المشكلة لا يوجد سوى نظريات لم يتم التأكد من صحتها متعلقة بتحرك البلورة ككل الذي يؤثر حتى أضعفها في البلورة المتماثلة أو شبه المتماثلة، ومن هنا يجب معرفة كيف توجه تلك الحركة الجزيئات الجديدة إلى اتخاذ مواضعها!؟