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儘管本週三月中旬氣溫回暖，但剛過去的這個冬天將因美國大部分地區的創紀錄降雪而被人們銘記。連續數週的暴風雪、嚴寒、危險的通勤和令人精疲力竭的剷雪工作，即使是對這個季節最狂熱的愛好者來說，也會感到厭倦。
不過，對於第一次站在溫柔的雪花中的人來說，看著空氣變成小片蓬鬆的冰塊，這種體驗可能是神奇的。如果雪透過特別冷的空氣落下（這種空氣比溫暖的空氣含有更少的水分），您通常會聽到在雪中行走（或駕駛）時發出微小的吱吱聲。關於雪的形成的知識有很多，但最後一部分——吱吱聲——卻很少被研究，也鮮為人知。
當過冷水滴與懸浮在空氣中的灰塵微粒碰撞並凍結時，就會形成雪。它們可以呈現出各種形狀，從經典的六邊形枝狀晶體和針狀晶體到顆粒和無序晶體。一個原始的枝狀晶體從雲層到你的舌尖而毫髮無損的情況實際上是罕見的。更常見的是，雪花會撞擊其他過冷的水滴，形成更重、更緊實的顆粒，稱為霰。它們是最好的雪球，但是踩在這種密度更大的雪上通常會發出破碎的聲音。最蓬鬆的雪主要是聚集體——低水分的枝狀晶體，它們相互撞擊並凍結在一起。正是聚集體發出了令人愉悅的吱吱聲。
為了瞭解為什麼會這樣，《大眾科學》採訪了麻省理工學院的材料科學家 W. Craig Carter，他花了一些時間思考冬季的吱吱聲。Carter 的實驗室致力於為電池等材料的複雜、微觀和奈米級行為生成預測模型。他還參與了多個將材料科學、自然設計和神話方面融入其中的藝術專案。
[以下是採訪的編輯稿。]
並非所有的幹雪都會發出吱吱聲。為什麼？
新下的幹雪踩上去會發出“呼”的一聲。雪必須在寒冷條件下靜置一段時間，並在自身重量下稍微塌陷，才會發出吱吱聲。
新下的雪只是靜靜地躺在那裡，雪花鬆散地接觸著。雪必須發生一些變化，我認為這種變化是雪在[稍微融化並重新凍結時]發生的塌陷。微小的鍵——它們就像幾百奈米大小的焊接點——在每片雪花之間形成。您知道冰箱裡的一桶冰塊最終是如何變成一大塊冰的嗎？冰塊透過一個稱為燒結的過程粘合在一起，我認為這就是奈米級雪中發生的事情。燒結——冰晶之間這些微小頸部的生長——在幾個小時內發生。這些頸部支撐著雪的重量，並阻止它在自身重量下進一步塌陷。
頸部斷裂時會發出吱吱聲嗎？
我認為是這樣的，是的。它們正在按順序斷裂，從雪的頂部到您的腳停止下沉的點，因為您已經將其壓實了。對於溼雪來說，這是兩種情況之一。鍵可能更像液體，或者通常有更多的水來潤滑雪花。踩在上面會發出經典的破碎聲。
所以我們聽到的噪音是微小鍵斷裂的聲音？
是的，我想您明白了：微小的鍵斷裂。在較大的尺度上，它聽起來像壓碎一塊舊的、不新鮮的米花糖——這些鍵可能是糖橋。在較大的尺度上，它可能聽起來有點像垃圾車壓縮垃圾時發出的嘎吱聲。
吱吱聲只發生在經典的六邊形雪花中嗎？
我的直覺是，較大顆粒的雪與其說是吱吱作響，不如說是嘎吱作響。我認為吱吱聲取決於落下的雪形成焊接點以燒結在一起。這些小顆粒可以由[密度更大的]雪花或聚集雪花形成，無論是透過部分融化和重新凍結，還是在水的冰點以下發生的形態變化。如果要看發出吱吱聲的雪，它看起來會像一塊米花糖，只是在非常小的尺度上。
是什麼吸引您提出這個具體問題？您滑雪嗎？還是隻是經歷過太多東北的冬天？
這只是我觀察到的事情之一，它引起了我的好奇心。我最近在週末和我的狗一起散步時想到了這個問題。我非常喜歡吱吱聲——但我會很高興看到春天很快到來。
您對自己的理論滿意嗎？
在我看來，它仍然只是一個想法。我無法從中找到任何漏洞，但我不會說我對它有極大的信心。如果我坐下來做一些粗略的計算，我可能會更有信心。
您的辦公桌上有信封和鉛筆嗎？
[笑] 這就是其中一件事。這是一個時間和成本效益分析的問題。而且沒有人會因為解決雪中的吱吱聲而獲得諾貝爾獎。
這是一個有趣的話題，但我忍不住認為這些資訊可能會有一些實際應用，也許在材料科學領域？
是的，在天然和技術材料中存在許多類似的現象。大多數實際應用都與製造陶瓷所涉及的燒結過程有關。基本思想是毛細作用[液體在纖維或小管之間的空間等小區域中的上升或下降]在最小尺度上占主導地位。毛細作用會導致事物粘在一起——它還會導致孤立的顆粒改變其形狀，從而減少其表面能。