机械工程师Asegun Henry正在试图找出周期表中每一个元素独特的音乐特征,这可以给科学家分析不断变化的分子结构提供一个全新的研究方式。也给像我们这样的科学呆子一个机会可以真正听到分子和化学键不同排列时的差异。我希望这不仅会是一个教授周期表的有趣工具,而且也可以给人们传达一种观念,那就是:整个宇宙都在运动中并且时刻在制造声响。只是你不能听到它。那么为什么每个化学元素都有一个特定的音乐符号呢?
我们知道宇宙中所有的东西都是由原子构成的,而且这些原子总处于运动的状态。这些原子在更大的分子内随着化学键一起振动,根据振动速度的不同,就可以得到固体、液体、气体或者是等离子体。这些振动,或‘波’,确定一个元素的特定属性,如它的密度和热导率,因此如果我们可以更好的理解原子如何快速的变换位置,就能更好的了解特定元素的性能。相互作用的能量相对于分子之间的距离究竟是怎样变化的,这决定了很多的物理现象。
来自乔治亚理工学院的Henry这样说,她此刻正在把元素的音乐符号目录放在一起。由于原子的振动太快而且频率太高,所以我们必须减慢原子的振动,这样就可以听到它们了,到时你将会听到周期表中一些声音很低的元素和另外一些声音很高的元素(比如碳元素)之间的区别。在过去的研究中,科学家们采用不同的感官发现了元素的一些关键特性,这个想法正是基于这一科学实践。
一个元素中的电子的运动有时可以如此微妙或短暂,仅凭视觉上的数据你是永远都不会发现它们的,而往往一声轻微的“ping”或者略微变化的语气都会变得完全不同。
虽然这听起来像一个有趣的小项目,但它实际上是一个经过了时间的考验的技术,该技术曾用于在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机中被称为LHC Sound的一个项目中,而这个项目原本是用来分析从离子对撞中得到的数据以使得物理学家可以用耳朵进行亚原子粒子的探测。Henry甚至用它来识别聚合物中那些并没有在计算机模型和原子振动模拟中显示出来的新特性。
模拟的聚合物成为热超导—即能无阻力的输送热量,就像现有的一类超导材料的导电性没有阻力一样(虽然是在非常低的温度下实现的)。Henry和研究生Wei Lv在所有上千种振动模式中成功鉴定出了三种可以说明这一现象的振动模式。但通常的分析技术,比如在视觉图中随着时间的推移绘制模型的振幅,但这种方法没有显示出任何价值。
直到他们决定把数据变成声音的时候他们才意识到这工作的复杂性,这涉及到要将映射的音高、音色和幅度上的数据转化为一种分子音乐。Henry将他的成音化工作成果发表在了应用物理期刊上,他申请了国家科学基金,把他的目录变成一个应用程序,这样我们不仅可以听到音乐化的符号,并且可以自己制作优美的音乐。在此期间,你可以听晶体硅的“低音”,在Gizmodo上你又可以分别听到离子键、共价键和这两种键的合奏。
有一个全新的宇宙需要我们去探索,这一次,我们将不再需要我们的眼睛。