雪花是谁设计的

张道一（东南大学，江苏 南京 210018）

本文谈雪，由雪谈到雪花，由雪花联系到几何形图案，最后是讨论大自然的规律与艺术的创作设计。许多年来，对此常思不断，却又得不到准确的科学解释，感到有必要研究清楚。因此，提出了“雪花是谁设计的”？

在现实生活中，人们总是赞美“风调雨顺”和“雪中送炭”之类的成语。风雨，雨雪，雪泥，也常常伴随着人的活动，出现预料不到的景象。而当雪的洁白染遍了大地，又会使人引起不同的美好联想。

古人有“三才”之说，即指“天、地、人”。所谓阴与阳为“立天之道”；柔与刚为“立地之道”；仁与义为“立人之道”，用以构成“八卦”而占吉凶。现在看来，“天、地、人”的三个方面，“天”大无边，即宇宙，“地”是它的一部分，而“人”在地球上生存与活动。古人对“天”的解释多靠想象，形成了神话。譬如由气候变化所形成的风、雨、雷、电，在汉代的画像石中，都画成了如人形的神仙。“风伯”矮胖，吹出的气流能把人家的房屋吹倒；“雨师”是提着一个水桶，将天上的水倒向人间，变成了雨。那雷声是由几个人形的神，拉着有棱角的巨石滚动，发出的声音。不可解的是，一个人跪卧在地上，由另一个人拿着斧凿，在那人的背上凿出火花，大概就是闪电。这些想象并不复杂，但不见雪花是怎么产生的。

原来，雪花的形成已在“天”外，好像不属于风雨雷电之类。

汉代刘熙《释名》说:“雪，绥也，水下遇寒凝绥，绥然下也。”绥通妥，下垂之意。

《诗经·邶风·北风》曰：“北风其凉，雨雪其雱。”雱，雨雪很盛。

《大戴礼》曰：“天地积阴，温则为雨，寒则为雪。”

韩婴《韩诗外传》说：“凡草木，花多五出，雪花独六出。雪花曰霙。”（《太平御览》十二引），霙，音“英”，即雪花，亦指雨雪杂下。

及至后来，《太平御览》十二引《宋书》曰：“大明中元日，雪花降殿庭，右将军谢庄下殿，雪集衣白上，以为喜瑞，群臣皆作雪花诗。”

以上所记，只是雪花的大体模样。洁白的薄片，呈六角形，体积很小，落地即融化，看不清细微的结构。有似花而非花。

由此看来，雪花是由水遇低温而变成的。但是怎么变的，是在高空中。谁也看不见，只有少数的科学家解了迷。它的体积很小，一片雪花还不到一厘米。人们所形容的“鹅毛大雪”已是很大的了。古人关心气候等的变化，潜心研究天文。根据地球绕太阳旋转的变化规律，将一年分成春、夏、秋、冬四季，又由此分出“二十四节气”。两千多年来，对于人民生活，尤其是农业生产，“春耕、夏耘、秋收、冬藏”，是非常重要的。

在“二十四节气”中，有“小雪”和“大雪”。两个节气在“立冬”之后、“冬至”之前。“小雪”在农历十月中，预告黄河流域开始降小雪了；“大雪”在农历十一月中，所谓“大者盛也，至此而雪盛矣。”黄河流域已渐有积雪。

我国北方的大雪，有的积得很厚，使大面积的土地变得雪白。人们面对这种景象，称作“瑞雪”。农民预祝丰年，诗人颂歌壮观，孩子们塑雪人和玩雪球，不一而足。然而，造型艺术除了画模糊的“风雪”“积雪”之外，很难把握住具体的形象；唯独能够发挥的是语言的想象。艺术贵夸张。刘勰在《文心雕龙》中称作“夸饰”，谓“因夸以成状，沿饰而得奇”。但是，当诗人触景生情，或是因事产生联想，甚至发挥想象，而激情爆发时，可能顾不得理论的分寸。我读大诗人李白的诗，对于有些诗句，就有如此感觉，为之震动。

白发三千丈，缘愁似箇长。

海水直下万里深，谁人不言此离苦？

燕山雪花大如席，片片吹落轩辕台。

君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪！

就这样，上千年来，绝大多数的中国人，对于冬天的“雪”，只是认识它的表面：是由水形成的白色薄片，体积很小，形有六角，遇暖则化成水。数量很大，可随风漫天飞舞，在北方积雪很厚，有的形成“雪泥”。大都有利于农业，有“瑞雪饶丰年”之说。然而，如此这般还不能算作艺术。

作为几何形图案的雪花，在于它的六角形结构，和细微的点线组合，对称而平整，可惜太小，视而不见。是科学家借了仪器的观察，才解开了这个谜。

图1 雪花

若干年前，作为科学常识，我曾读过关于雪花形成和结构特点的介绍文章，现在记得的有叶民权写的《雪》和田夫摘译的《雪花——来自天空的信息》，但忘记了具体的出处。这两篇文章对我帮助很大。田夫介绍说：1637 年法国大科学家勒内·笛卡儿开始研究雪晶体时，曾作过这样的描述：“它有六片小齿，宛如钟表的齿轮，其形态构造之完美和匀称同人们所能想象的毫无二致。”几百年后，现代物理学家开始解开雪花图案之秘。

雪花在空中形成，是一片片的冰晶体。

在离我们地面几百米以至上千米的空中，称作大气层。在大气层中飘浮着许多杂质的微粒和尘埃。这些微粒依附在水汽中，凝成微小的水滴或直接凝成微小的冰晶。它们被上升的气流托住而形成云。高空的云大都由冰晶组成，低空的云大都由微小水滴组成。由于气流的上升运动，使得小水滴变成大水滴，当水滴达到气流托不住的时候，便降落地面，这就是下雨。如果气温很低，在摄氏0 度以下，空中的水汽就可以直接凝成雪而飘落，这就是下雪。

图2 雪花微距摄影

图3 雪花微距摄影

图4 雪花装饰图案

雪花为什么都是六角形呢？

这是同结晶现象有关。任何一种晶体都有特定的形式。由结晶质构成的物体叫做“晶体”。其内部结构中的原子、离子、分子，都有规律的在三维空间重复排列而组成一定型式的晶格，相应的在外形上表现为一定形状的几何形多面体，称作晶面。晶面之间的“晶棱”形成大的晶体形状。晶体都有一定的对称性，并且各自不同。晶体按照对称特点分类，晶族中又有晶系，非常复杂。晶系中有三方（三角、菱形）、四方（正方、四角）、六方（六角）。譬如，食盐的晶体是正方形的。我们所谈的雪花，其结晶形态是六角形。所以，所有雪花的形状都是六角形。

为什么雪花的花纹无一相同呢？

西方有一句格言，说是“没有两片相同的雪花”。是因为它对温度的反应很灵敏。大气层也在不断变化，这使得正在降落的雪花晶体碰上了易变的环境，常常彼此重叠，组成各种各样极为复杂的晶体，美丽而无一相同。

雪花为什么是白色的？

我们知道，水是无色而透明的，变成了雪以后却是白色，是因为雪花中夹有空气，而且是因有复杂的雪晶构成，能把光线以及向不同方向直射的缘故。雪花的白色是纯洁的，人们以“雪”借喻白色、纯洁、洗除、擦拭，是个美好的用词。

长久以来，有不少从事艺术设计的人，没有注意到这种雪花的图像。看了科学家用仪器放大了的雪花，无不承认是优美的“几何形图案”。遗憾的是，实在的雪片太小了，用肉眼几乎看不见上面的花纹。我们现在所能见到的雪花图案，都是科学家用显微镜放大的。科学家对于实在雪花所取得的数据是：

雪花的大小，每片在0.05-4.6 毫米之间。

雪花的重量，大雪片可达0.2-0.5 克；

小雪片只重0.0001-0. 003 克。

看了这些资料，或有人说：雪花的“图案”，为什么这样小，叫人看不见？请不要忘记，这不是设计家的作品，而是大自然所形成的冰晶体。所谓“自然”，亦即天然，不是人为的。如王充《论衡》说的：“天地合气，万物自生”。自然界的万物，从生长到发展，各有自身的规律。雪花之图，被看作“几何形图案”，确实颇有艺术意味，是由几何形所引起的巧合。虽然对于自然科学而言不是艺术，但在艺术看来，却是有助于艺术的几何形研究，并由此进入宽阔的装饰图案世界。

以上，雪花一路走来，由微小的水滴在大气中变成了冰晶体，最后成形。是科学家揭示了那肉眼看不清的结构。科学家研究雪花，持有更重要的目的，并非是说明雪花的形成而了事。它使我们认识到，大自然创造万物，有其自身的规律，不以人的意志为转移。雪花之形，看起来带有艺术的韵味，是因为那几何形的结构与骨式、微饰等，因而称为“图案”。并不是谁模仿了谁，而是规律所然。是小规律遇见了大规律。

自然的规律是大规律，包括了宇宙的所有变化。我们在这里遇到的，只是冰晶体与对称的几何形。研究图案，对称与平衡的“形式法则”很重要，用途也很大，即所谓“同形等量”和“异形等量”的处理，不仅是方法，也是个理性的观念。一个小小的图案是如此，如果扩大开来，在人物、动物、植物等方面，其形体的结构不也是如此吗！可说是处处事事、大大小小，都存在着对称和平衡。

看到了雪花的真面目，它的“图案”确是有特色的。但这并非是大自然的目的。它造了社会的一切，各种不同的艺术，包括图案在内，均是由人的智慧所创造的。那么，反过来说，雪花图案会给我们什么启发呢？

我以为有两点值得注意，一是雪花图案的定格。雪花图案就是雪花图案，细部可以增减，但六角形不能改动。如果参照雪花图案另创新图，当然是可以的，那就不能冠以“雪花”之名了。

二是图案的研究者与实践者，应注意观察微观世界和宏观世界，可以间接取得资料，思考图案的设计问题。我们所看的雪花虽小，但它是独立成形的，容易被注意。除此之外，有很多单独的和连续（主要是四方连续）的花纹，仅仅是某一物体表面的局部，反而不被注意。如人手的“指印”，是很复杂的涡旋纹；鱼类的体表是圆弧形的连续纹，以及鸟的羽毛等。所有这些，都可成为设计图案的意匠资料，或者从中得以启发，产生新的构想。研究图案和设计图案，都要放宽开眼界。画家常用一句格言:“外师造化，中得心源”，这是很重要的。但是，造化万全，非独为一。当风卷雪花，漫天飞舞的时候，我就感到造化在施展它的万能，不知有什么新的创意了。

艺术设计的法则，与大自然的规律是相通的。

2021 年12 月7 日“大雪”节气，南京无雪。

12 月21 日写讫。