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這是魔法嗎?清華學霸用3分鐘短片告訴你“化學”有多美
來源:央視新聞微信公眾號 2018-01-14 00:00:09

化學枯燥嗎?這部短片可能改變你對化學的印象!色彩斑斕的《美麗化學》系列視頻,可能是有史以來,中國人制作的最酷的關于化學的科學傳播作品。美國《時代》官網寫道:“就算化學不是你的菜,就算你每堂化學課都睡著,但你只要看過‘美麗化學’的視頻,就一定會愛上科學的不可思議!”

普通的化學實驗現象 呈現在鏡頭里的畫面卻讓人驚呼

當一滴硝酸銀溶液,墜入一杯氯化鈉溶液的汪洋之中,會發生什么?在實驗室中,能看到的畫面不過是原本清澈的液體產生白色沉淀,變得像洗碗水一樣渾濁。

然而,在《美麗化學》的鏡頭下,我們看到,在漆黑的天幕之下,突然劃入流星雪白燦爛的軌跡,然而,流星并未落地,而是中途折轉方向,緩緩上升,上升,然后像禮花般轟然綻放,火花四射,下沉,及至最后,整個畫面又變成了海底的景象,剛剛發生過反應的地方現在矗立著一座巨大的冰山。這是之前世界上絕大多數人沒有目睹過的景象。

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↑金屬置換反應

2014年7月19日,科學家梁琰第一次在實驗室里看到了這幅景象。那天在場的有三個人都是化學領域的專業研究人員,他們全都忍不住驚呼起來,因為效果太震撼了。這就是他拍《美麗化學》的起點。

三年之后,2017年11月,《美麗化學》續集《重現化學》上線,這次的片子更多,更美,更像大片!

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↑銅置換出銀

將玻璃容器從鏡頭里去掉 讓化學反應本身成為視覺主體

在梁琰之前,網上也有不少其他人拍攝化學反應視頻。但這些視頻大部分發生在玻璃容器里面,看起來,視覺的主體并不是化學反應本身,而是反應發生的容器——試管、燒杯,等等。

梁琰拍《美麗化學》時,決定首先要想辦法把這些玻璃儀器從鏡頭里去掉。它們不僅阻擋視線,而且彎曲的玻璃表面,還會讓物體變形。最后,他找到了一種叫做“比色皿”的裝置,他親切地稱它們為“小魚缸”。這種“小魚缸”的表面平滑,由光學玻璃制成,原本是用來做光譜分析的,因此可以最大程度地保證視覺上的還原效果。

此外,他們基本上不加特效,不額外處理顏色,只稍微處理一下曝光的效果,盡量忠實還原化學本身內容。

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↑金屬鋅的電沉積

這是魔法嗎?不,這是科學。

鎂的燃燒,像是一顆星星突然在夜空中爆發,亮度灼人,使用十檔減光鏡之后才能直視。

鋰的燃燒,像局部火山噴發,最后變成一團星云,在吃貨眼里或許更像一朵花椰菜。

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鐵粉的燃燒,是“火樹銀花不夜天”的寫照。

氫氣的燃燒,則像是一只紫紅色的四處亂竄的精靈。

金屬置換反應的《黑與白》系列,我們看到了一粒種子如何生長成一片森林,一叢草地如何綻放成一片花海。

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↑鉛的置換過程

冰晶凝結成凌厲的冰刀,越來越快、越來越密、越來越細地從四面八方伸展出來,像一根根具有生命的尖刺不斷地推進著、擴張著自己的邊界。

這是魔法嗎?不,這是科學。

“科學給了我們一個新的方式來看待自然,或者說,擴展了我們看待自然的方式和視野。當你搞清楚了一個東西是如何運作的,那么會感覺更加美妙。”梁琰說。

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他們在拍攝中探索生命的起源

他和他的團隊拍過一個片子叫做《化學花園》。這個片子記錄的,是6種不同的金屬鹽在硅酸鈉溶液中的反應過程,然而,這些無機鹽呈現出來的狀態,像極了有機細胞的不斷復制和生長。

“其實20世紀初的時候,曾經有人認為,這個反應很有可能說明了地球上的生命是如何起源的,后來,人們又推翻了這個想法。但是,在2000年左右,我們的想法又被翻轉過來了。

“我們發現,在海底真的存在這種類似《化學花園》里呈現的物質結構。很可能這個反應,真是跟生命的起源相關的。”

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↑《化學花園》片段氯化鈷在硅酸鈉溶液中反應

愛科學也愛藝術 他走上“科學可視化”職業道路

梁琰本人就是一個化學學霸。高中時,他化學??悸?,本科畢業于清華大學化學系,研究生去了美國明尼蘇達大學,攻讀化學博士學位。在美國的留學經歷,成了他職業生涯的轉折點。

原本,他就對計算機圖像、攝影這些領域很感興趣,自學了如何使用專業軟件進行圖形繪制,還出版過一本Photoshop的“學習手冊”。后來一位有著相同愛好的美國學者的經歷給了他啟發,他也是對科學和藝術這兩個交叉領域感興趣,他意識到,沒準也可以把自己的愛好變成工作,走一條“科學可視化”的職業道路。

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“科學可視化是一個很寬泛的概念,很多領域都在運用,醫學,物理學,天文學,等等,你可以理解為把一些肉眼看不見的東西想辦法用視覺的方式呈現出來。”

歷史上第一個科學可視化的例子,是300多年以前,胡克畫的一個顯微鏡下面的跳蚤形象,當時引起公眾轟動。

另外一個著名的例子,是100多年以前,倫琴發現了x射線,拍了一張戴著一個戒指的手的骨頭照片。

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↑梁琰團隊復原的歷史上的化學實驗裝置

“可以說,科學可視化提供了一個全新看待自然的方式。這種可視化的圖像,能夠給人們無限的想象,讓我們知道,還有一個很美妙的世界值得我們去探索。

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↑《消失的金屬》

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↑液態水的分子結構

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↑重鉻酸鉀結晶過程

來源:央視新聞微信公眾號 編輯:劉麗

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