- 『雪の結晶はなぜ六角形なのか』小林禎作

2013/01/20/Sun.『雪の結晶はなぜ六角形なのか』小林禎作

六角形は自然界の至る所に出現する。ハチの巣、グラフェン、土星の北極、そして雪の結晶。六角形は、円と三角形という最も基本的な幾何学的構造から成る。したがって、その自然現象への顕れは蓋然性の高いことだと直感的には思うものの……、正確な理由を述べることは困難を伴う。

本書は、筆者の研究成果を中心とした、雪の結晶の研究史である。

雪の結晶は幾つかの種類に分類される。六角形を基本とした、針状、柱状、板状、中身が刳り貫かれたような骸晶、そして扇形から発展して、一般的な雪の結晶のイメージを担う樹枝状などなど。筆者の小林と、その師・中谷宇吉郎による人工雪の詳細な実験と観察から、結晶の形状は、水蒸気の温度と密度で決まることが明らかにされる。

次に問題となるのは、雪が六角形に成長するメカニズムである。小林は、結晶学的なアプローチでこの謎に挑む。結晶の原子配置を文章で説明するのは至難であるが、本書では豊富な図版を駆使して、平易で明快な説明がなされている。意外だったのが、平面的で美しい樹枝状の結晶は、雪の中でもごく一部だという指摘である。結晶の多くは立体的で、一見不規則に思える形状のものも存在する。しかし、やはりそれぞれの形にも意味があり、大変興味深い。

(雪の結晶は明らかにフラクタル的な特徴を持つが、本書ではフラクタルに関する記述はない。その点には不満が残る)

本書は、雪の結晶に魅入られた人たちの物語でもある。結晶の顕微鏡写真を初めて撮影したウィルソン・A・ベントレー Wilson A. Bentley は、数々の美しい写真と、幾つかの独創的な論文を発表したが、当時の科学者からはほとんど認められなかった。中谷は、戦前の日本で、超低温室に籠もりながらの過酷な実験を遂行した。そして小林は、海外でも研究を進め、雪の結晶学を現代的なものへと前進させた。

本書のもう一つの魅力は、結晶の写真と並んで収録された、先人たちによるユニークなスケッチである。ケプラー、デカルト、フック、土井利位らの貴重な図版を眺め、歴史に想いを馳せるのもまた楽しい。

私は、滅多に雪が降らぬ関西で生まれ育った。年に数度の雪も、温暖な地方では牡丹雪となり、六角形の結晶を見ることは難しい。残念なことである……と思っていたが、留学先の気候は寒冷なので、来冬には美しい結晶に出会えるかもしれない。楽しみなことである。