Vào buổi sáng tuyết rơi, mùa đông lạnh giá cũng trở nên ấm áp và dễ chịu. Lớp tuyết dày phủ trắng mọi thứ, những bông hoa tuyết nở qua đêm trên những cành cây trông như có thể rụng xuống bất cứ lúc nào. Khung cảnh mùa đông tĩnh lặng như thể thời gian đã ngừng trôi, trông giống như bức tranh được bầu trời ban tặng. Dưới ánh nắng chiếu qua bầu không khí trong lành, cảnh tuyết trắng phủ lấp lánh đẹp đến ngỡ ngàng.
Cảnh sắc tuyết rơi đã đẹp, nhưng nếu quan sát kỹ từng bông tuyết, ta sẽ thấy chúng còn lộng lẫy hơn vẻ ngoài rất nhiều. Hãy mở to mắt và ngắm nhìn thật kỹ những bông tuyết. Bạn sẽ khám phá ra những viên ngọc tuyệt mỹ của thiên nhiên, không bông nào giống bông nào.
Những người đầu tiên nhận ra vẻ đẹp của những bông tuyết chính là các nhà khoa học. Vào thời kỳ Phục Hưng, nhà thiên văn học Kepler đã bị mê hoặc bởi những bông tuyết đáp xuống vai mình hơn cả những ngôi sao lấp lánh trên bầu trời. Sau khi quan sát kỹ những bông tuyết, ông không khỏi kinh ngạc trước trật tự kỳ diệu này của tự nhiên. Những bông tuyết mà ông từng nghĩ chỉ là những khối băng nhỏ đều có cấu trúc tinh thể hình lục giác. Dù chưa có kính hiển vi vào thời đó, Kepler đã công bố một bài luận ngắn mang tên “Về những bông tuyết lục giác”, lần đầu tiên giới thiệu về cấu trúc tinh thể của tuyết với thế giới. Cấu trúc tinh thể tuyết khiến Kepler ngạc nhiên sau này được nhà toán học, vật lý học vĩ đại Descartes mô tả chi tiết hơn. Trong cuốn “Khí tượng học”, ông đã phác thảo nhiều dạng tinh thể tuyết khác nhau và mô tả như sau: “Chúng đều có hình lục giác hoàn hảo. Sáu cạnh rất thẳng và sáu góc có kích thước bằng nhau. Con người không thể tạo ra sự vật nào có độ chính xác đến mức này được”.
Vậy, những bông tuyết tuyệt đẹp và tinh xảo ấy được hình thành như thế nào? Những bông tuyết được tạo ra trong những đám mây ở độ cao 3000 mét so với mặt đất. Mỗi giây, có tới 1000 nghìn tỷ (1015) tinh thể tuyết được hình thành trong đám mây. Tuyết thực chất là hơi nước đóng băng khi gặp nhiệt độ dưới 0°C và rơi xuống đất. Tuy nhiên, không phải tất cả hơi nước đều biến thành tuyết, mà cần có một hạt nhân – một hạt rắn cực nhỏ để hơi nước bám vào và tạo thành tinh thể. Khi hơi nước lạnh gặp hạt nhân này, nó kết tinh thành tinh thể tuyết nhỏ có trụ lục giác. Sau đó, các tinh thể nhỏ này di chuyển qua nhiều lớp mây có nhiệt độ và độ ẩm khác nhau, phát triển thành những tinh thể tuyết hình ngôi sao nhỏ. Hình dạng của tinh thể tuyết được xác định bởi sự khác biệt về nhiệt độ và độ ẩm bên trong đám mây. Nếu nhiệt độ dao động từ -10°C đến -20°C, chúng sẽ có dạng hình sao hoặc nhánh cây. Nếu nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn khoảng này, chúng sẽ có hình lục giác. Khi các tinh thể tuyết lơ lửng trong những đám mây, chúng có thể kết hợp với nhau, trở nên nặng hơn và cuối cùng rơi xuống đất do trọng lực. Đây chính là những bông tuyết mà chúng ta thấy.
Lý do tất cả các tinh thể tuyết đều có cấu trúc lục giác nhưng hình dạng lại hơi khác nhau là bởi hình dạng của các phân tử nước, là vật liệu tạo nên tuyết. Hầu hết các phân tử có cấu trúc thẳng hoặc tứ diện. Tuy nhiên, phân tử nước là sự kết hợp giữa hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy, có cấu trúc độc đáo ở chỗ không thẳng mà gấp khúc với góc 104,5°. Khi đóng băng ở nhiệt độ lạnh, sáu phân tử nước gấp khúc, liên kết với nhau tạo thành một tinh thể lục giác như thể đang chơi một điệu nhảy vòng tròn.
Có người đã dành cả cuộc đời để say sưa trước vẻ đẹp của những bông tuyết được tạo nên như thế này. Wilson Bentley, sinh ra trong một gia đình nông dân ở bang Vermont (Mỹ), đã được mẹ tặng món quà là chiếc kính hiển vi vào năm 15 tuổi, rồi đã tình cờ quan sát thấy những tinh thể tuyết. Khoảnh khắc đó đã thay đổi cuộc đời của Bentley 180 độ. Ông đã quyết định mua một chiếc máy ảnh với giá cao vào thời điểm đó và thử thách mình chụp ảnh những tinh thể tuyết. Nhưng tuyết rơi xuống mặt đất chỉ tồn tại trong vài giây đến vài phút trước khi tan chảy, khiến việc quan sát trở nên vô cùng khó khăn. Sau hai năm thử nghiệm và thất bại nhiều lần, cuối cùng ông đã thành công trong việc chụp tinh thể tuyết thành những bức ảnh đen trắng. Những bức ảnh của ông đã tiết lộ cho thế giới thấy sự tinh tế trong cấu trúc của tuyết, sự đối xứng hoàn hảo và sự độc nhất vô nhị của từng bông tuyết. Ông đã chụp ảnh tuyết cho đến tận cuối đời, và trước khi qua đời vì bệnh viêm phổi ở tuổi 66, ông nói rằng “Tôi đã chụp vô số bức ảnh, nhưng chưa bao giờ thấy hai bông tuyết nào giống hệt nhau”.
Thậm chí trong một nắm tuyết cũng có đến cả hàng triệu bông tuyết. Từ khi trái đất hình thành đến nay, lượng tuyết từng bao phủ và biến mất trên hành tinh này gấp mười lần thể tích của trái đất. Điều đáng ngạc nhiên là tất cả những bông tuyết ấy đều có hình dạng khác nhau. Các hình dạng cơ bản của bông tuyết là hình đĩa, hình sao, hình kim và hình nhánh cây, nhưng không có hai bông tuyết nào giống hệt nhau.
Cấu trúc tinh thể phức tạp và đa dạng của tuyết được quyết định bởi cách sắp xếp của các phân tử nước . Mặc dù tinh thể tuyết chỉ có kích thước từ 1-2 mm, nhưng nó được tạo thành từ hơn 100 triệu tỷ (1018) phân tử nước. Như vậy, số cách sắp xếp gần như là vô hạn đang tạo nên vô số hình dạng khác nhau của bông tuyết. Giả sử chúng ta có 10 quyển sách và muốn xếp chúng lên giá theo các thứ tự khác nhau, hãy thử nghĩ xem có bao nhiêu cách. Sẽ có tới 3.628.800 cách sắp xếp (Trong toán học, số cách sắp xếp 10 quyển sách là 10!=10×9×8×7×6×5×4×3×2×1=3.628.800). Nếu chỉ với 10 quyển sách đã có hơn ba triệu cách sắp xếp, thì số cách sắp xếp vô số phân tử nước tạo nên một bông tuyết gần như là vô hạn. Sự sắp xếp đa dạng của các phân tử nước là lý do mà không có bông tuyết nào trong vô số bông tuyết từng rơi xuống trái đất có hình dạng giống hệt nhau.
Vậy tuyết nhân tạo được làm bằng máy tạo tuyết có đẹp và đa dạng như tuyết tự nhiên không? Tuyết nhân tạo làm bằng máy tạo tuyết được tạo ra bằng cách phun những giọt nước nhỏ vào không khí để chúng nhanh chóng đóng băng. Nói một cách nghiêm túc, nó giống “mưa đá” hơn là tuyết. Mọi người thường nghĩ những giọt mưa đóng băng là bông tuyết, nhưng thực chất chúng là mưa đá. Đá không có hình dạng đẹp hoặc tính đối xứng như bông tuyết. Tuyết được tạo ra trong tự nhiên sẽ dần dần hình thành khi trôi qua các đám mây, nhưng tuyết nhân tạo hoặc mưa đá được hình thành khi các giọt nước đóng băng nhanh chóng. Vì vậy, chúng không có hình dạng đối xứng hay tinh xảo như ngôi sao lấp lánh hay nhánh cây giống như tuyết tự nhiên mà có cấu trúc rất đơn giản. Thật đáng ngạc nhiên khi tất cả các tinh thể tuyết trong tự nhiên đều phát triển theo cấu trúc lục giác giống nhau, nhưng không có hai bông tuyết nào có hình dạng hoàn toàn giống nhau. Mặc dù khoa học đã tiến bộ rất nhiều, nhưng chúng ta vẫn chưa thể hoàn toàn giải thích hết điều kỳ diệu ẩn chứa trong đó.
Những vì sao lấp lánh trên bầu trời, những bông hoa dại nở trên cánh đồng và thậm chí từng gương mặt của con người, dù chỉ nằm trong một trật tự, nhưng tất cả đều không mất đi sự đa dạng riêng biệt. Làm thế nào mà những mảnh băng nhỏ hình thành trong những đám mây trên trời rồi rơi xuống đất lại có thể tạo thành những tinh thể mỏng manh và đẹp đẽ đến vậy? Vào ngày tuyết rơi, chúng ta hãy cùng ngắm kỹ những bông tuyết rơi xuống và đậu trên tấm áo mùa đông của mình. Chúng ta sẽ tìm thấy dấu vân tay của Đấng Sáng Tạo trong bông tuyết!