中國小康網 獨家專稿
文｜尹傳紅
今年高考全國乙卷的語文試題中，實用類文本閱讀給出了三則材料，它們分別選自楊振寧的《對稱與物理》、尹傳紅的《由雪引發的科學實驗》和肯尼思·利布雷希特的《冰的形態發生：雪晶中的物理學》。這三篇文章都關涉同一個主題：雪花的六角形結構。要求考生作答的三道題，亦由淺入深做了延伸，甚至問及關於雪花的思考對科學研究有什麼意義？給我們帶來哪些啟示？
不少人已經注意到，近年來，在全國各地高考的語文試卷中，科技創新和科普科幻相關題目出現的頻率越來越高。我本人撰寫的科普作品此番意外「撞」上，恰是一個明證。對於這道高考題，我想，出題人出題的初衷，並非是要單純考查考生們對雪花形狀相關知識的了解。其著眼點，應是如何從觀察、思考中發現問題，並運用科學思維探尋現象背後的本質，變「未知」為「已知」。
這樣的一個探索過程，往往也是科學精神的彰顯。展開了說，我們的科學普及和科學教育，如能跨越簡單傳播知識的層面，給予受眾方法、思想上的薰陶，其傳播效果無疑會更好，意義亦當更為深遠。
回到雪花形狀這個科學主題。楊振寧先生的文章提及，早在公元前一百多年的西漢文帝時代，有位名叫韓嬰的詩人就在《韓詩外傳》中指出：「凡草木花多五出，雪花獨六出。」這見識比西方足足早了一千多年。可是在其後的（中國）古文獻中，卻沒有人再去探究雪花何以是六瓣的。
17世紀初的一天，德國天文學家、行星運動定律的創立者約翰內斯·克卜勒，在穿過一座大橋時留意到落在他衣服上的一片雪花，開始思考：雪花為什麼會呈現出六角形的幾何形狀？他認為這不可能是巧合，且「原因不能通過材質尋找，因為水汽是無形且流動的，原因只能存在於某些機制中。」
受限於當時所掌握的知識，克卜勒未能對雪花六角形結構的成因做出準確、科學的解釋，但他思考問題的「方向是很有意思的」（楊振寧語）。他想要弄清楚形成六角形的動因是什麼？他同時注意到自然界中另外一種壯觀的六邊形結構——蜜蜂的蜂房：「結構是這樣的，不但每個蜂房與同一排的6個蜂房共享6面牆，底部的3個平面與對面一排的蜂房也是共享的。」他還把這種幾何結構和石榴的種子相比較，將其形成歸因於類似在圓形容器里的小球對稱地擠壓在一起的物理過程。
事物的表象背後，往往隱藏著自然之理。在克卜勒提出問題以後的3個世紀裡，接連有不少研究者帶著極大的興趣去研究自然結構幾何學中的經典例子：雪花、蜂房之外，還有蛛蛛網、海洋生物的殼以及植物中各部分的排列，甚至也包括雲的形狀、山的輪廓、岸邊的細波、岬間沙灣衝出的曲線，並陸續把研究範圍擴展到尋找「自然界的幾何特徵」，探討自然界的數學奇觀。這些跨學科思維的引領，使得人類向著理解自然世界的複雜構成邁出了一大步。
雪花六角形的秘密，是伴隨著現代科學的發展而被逐漸揭開的。如今我們已然了解，雪花是一種冰晶的幾何組成。由水分子構成的冰晶形狀是由表面張力決定的，冰晶突起朝六個方向延伸，使得絕大多數（不是全部）雪花都呈現出六角形。更精細的研究表明：標準的六角形雪花只在零下15攝氏度以下才會形成；只有千分之一的雪花具有完美的六邊對稱性。
（《小康》·中國小康網 獨家專稿）
本文刊登於《小康》2022年8月上旬刊