美到震撼!清华学霸用3分钟短片告诉你"化学"有多美

来源:央视新闻微信公众号  01-13 15:41

  化学枯燥吗?这部短片可能改变你对化学的印象!色彩斑斓的《美丽化学》系列视频,可能是有史以来,中国人制作的最酷的关于化学的科学传播作品。美国《时代》官网写道:“就算化学不是你的菜,就算你每堂化学课都睡着,但你只要看过‘美丽化学’的视频,就一定会爱上科学的不可思议!”

  普通的化学实验现象呈现在镜头里的画面却让人惊呼

  当一滴硝酸银溶液,坠入一杯氯化钠溶液的汪洋之中,会发生什么?在实验室中,能看到的画面不过是原本清澈的液体产生白色沉淀,变得像洗碗水一样浑浊。

  然而,在《美丽化学》的镜头下,我们看到,在漆黑的天幕之下,突然划入流星雪白灿烂的轨迹,然而,流星并未落地,而是中途折转方向,缓缓上升,上升,然后像礼花般轰然绽放,火花四射,下沉,及至最后,整个画面又变成了海底的景象,刚刚发生过反应的地方现在矗立着一座巨大的冰山。这是之前世界上绝大多数人没有目睹过的景象。

金属置换反应

  2014年7月19日,科学家梁琰第一次在实验室里看到了这幅景象。那天在场的有三个人都是化学领域的专业研究人员,他们全都忍不住惊呼起来,因为效果太震撼了。这就是他拍《美丽化学》的起点。

  三年之后,2017年11月,《美丽化学》续集《重现化学》上线,这次的片子更多,更美,更像大片!

铜置换出银

  将玻璃容器从镜头里去掉让化学反应本身成为视觉主体

  在梁琰之前,网上也有不少其他人拍摄化学反应视频。但这些视频大部分发生在玻璃容器里面,看起来,视觉的主体并不是化学反应本身,而是反应发生的容器——试管、烧杯,等等。

  梁琰拍《美丽化学》时,决定首先要想办法把这些玻璃仪器从镜头里去掉。它们不仅阻挡视线,而且弯曲的玻璃表面,还会让物体变形。最后,他找到了一种叫做“比色皿”的装置,他亲切地称它们为“小鱼缸”。这种“小鱼缸”的表面平滑,由光学玻璃制成,原本是用来做光谱分析的,因此可以最大程度地保证视觉上的还原效果。

  此外,他们基本上不加特效,不额外处理颜色,只稍微处理一下曝光的效果,尽量忠实还原化学本身内容。

金属锌的电沉积

  这是魔法吗?不,这是科学。

  镁的燃烧,像是一颗星星突然在夜空中爆发,亮度灼人,使用十档减光镜之后才能直视。

  锂的燃烧,像局部火山喷发,最后变成一团星云,在吃货眼里或许更像一朵花椰菜。

  铁粉的燃烧,是“火树银花不夜天”的写照。

  氢气的燃烧,则像是一只紫红色的四处乱窜的精灵。

  金属置换反应的《黑与白》系列,我们看到了一粒种子如何生长成一片森林,一丛草地如何绽放成一片花海。

铅的置换过程

  冰晶凝结成凌厉的冰刀,越来越快、越来越密、越来越细地从四面八方伸展出来,像一根根具有生命的尖刺不断地推进着、扩张着自己的边界。

  这是魔法吗?不,这是科学。

  “科学给了我们一个新的方式来看待自然,或者说,扩展了我们看待自然的方式和视野。当你搞清楚了一个东西是如何运作的,那么会感觉更加美妙。”梁琰说。

  他们在拍摄中探索生命的起源

  他和他的团队拍过一个片子叫做《化学花园》。这个片子记录的,是6种不同的金属盐在硅酸钠溶液中的反应过程,然而,这些无机盐呈现出来的状态,像极了有机细胞的不断复制和生长。

  “其实20世纪初的时候,曾经有人认为,这个反应很有可能说明了地球上的生命是如何起源的,后来,人们又推翻了这个想法。但是,在2000年左右,我们的想法又被翻转过来了。

  “我们发现,在海底真的存在这种类似《化学花园》里呈现的物质结构。很可能这个反应,真是跟生命的起源相关的。”

《化学花园》片段氯化钴在硅酸钠溶液中反应

  爱科学也爱艺术 他走上“科学可视化”职业道路

  梁琰本人就是一个化学学霸。高中时,他化学常考满分,本科毕业于清华大学化学系,研究生去了美国明尼苏达大学,攻读化学博士学位。在美国的留学经历,成了他职业生涯的转折点。

  原本,他就对计算机图像、摄影这些领域很感兴趣,自学了如何使用专业软件进行图形绘制,还出版过一本Photoshop的“学习手册”。后来一位有着相同爱好的美国学者的经历给了他启发,他也是对科学和艺术这两个交叉领域感兴趣,他意识到,没准也可以把自己的爱好变成工作,走一条“科学可视化”的职业道路。

  “科学可视化是一个很宽泛的概念,很多领域都在运用,医学,物理学,天文学,等等,你可以理解为把一些肉眼看不见的东西想办法用视觉的方式呈现出来。”

  历史上第一个科学可视化的例子,是300多年以前,胡克画的一个显微镜下面的跳蚤形象,当时引起公众轰动。

  另外一个著名的例子,是100多年以前,伦琴发现了x射线,拍了一张戴着一个戒指的手的骨头照片。

梁琰团队复原的历史上的化学实验装置

  “可以说,科学可视化提供了一个全新看待自然的方式。这种可视化的图像,能够给人们无限的想象,让我们知道,还有一个很美妙的世界值得我们去探索。

《消失的金属》

液态水的分子结构

重铬酸钾结晶过程