金屬置換2: 奇幻森林
11 月 22日,一個名為「重現化學」(Envisioning Chemistry)的網站上線了一條兩分多鐘的視頻,毛絨絨的織理像植物一樣迅速形成又剝落,畫面中出現了幾組化學方程式。清華美院畢業的朱文婷是這條視頻的拍攝者。她使用微距攝影和顯微攝影拍下了一塊鋅片放入硝酸銀、硝酸鉛、硫酸銅和氯化錫溶液後發生的置換反應,那些毛絨絨的織理是鋅片表面生長出的微晶。
這個網站今年 10 月剛剛上線,目前一共製作了 15 條視頻,每條片長都在 1~2 分鐘。1980 年出生的梁琰是這個網站的創辦人,如今他是中國科學技術大學科學傳播系的研究員,他試圖讓那些發生在試管、燒瓶裡的事情變得可見。
和「奇幻森林」一樣,每條視頻拍攝的都是最基本的化學反應,置換、放熱、電沉積、金屬溶解、結晶等等。梁琰曾在接受 Chemistry World 採訪時談到,他特意避開類似爆炸之類複雜而危險的化學實驗,「我們想證明的是,即便再簡單的化學反應也可以很迷人。」
鋅與硝酸鉛反應置換出鉛
鋅與硝酸銀反應置換出銀
鋅與硫酸銅反應置換出銅
梁琰在美國明尼蘇達大學雙城分校讀博士,發現身邊許多從化學、材料學、生物畢業的理工科生都在做科學可視化的工作。梁琰也選擇了一間科學可視化公司 Digzyme,作為「科學動畫師」參與製作了一本電子書 E.O Wilson's Life on Earth。
之後他做了一段時間的自由職業者,為世界各地的科研人員提供可視化服務,Science 等學術期刊就曾使用過他製作的圖作為封面。
2014 年回國之後,他繼續在做科學可視化的工作。與清華大學出版社合作開發的「美麗化學」項目,2014 年底中英文網站上線。他們使用的拍攝工具包括顯微攝影、紅外熱成像攝影、高速攝影以及 4K 超高清攝影,利用它們捕捉化學反應中的繽紛色彩和微妙細節。更細微的分子尺度,則使用三維動畫和互動技術。
梁琰稱他們想刺激人們形成獨特的科學審美觀,不像曾經電視上出現的落後科普節目,需要靠「編故事」來吸引眼球,也不能像搖一搖試管那樣乏味。朱文婷稱她在這裡發現了一個「藏匿於真實世界的王國」、「樸素而又簡單」。
中英文網站上線之後獲得了各種反饋,除了「如果中學看過這個我就不會討厭化學了」,梁琰特別提及一個美國高中老師的郵件,「在高中化學實驗中,我們可以讓孩子對科學興奮的手段是有限的,資源、安全、材料成本、做實驗需要的準備工作和時間,這些都限制我們完成讓孩子們對化學和科學產生興趣這一目標」。梁琰開發了一套化學教學視頻「仟問學堂」,涵蓋了高中化學課程中大部分的化學反應,並真實記錄了化學反應細節和規範操作。
電沉積
他們的微信公眾號時常推送視頻截圖作為「手機壁紙」,這是最「接地氣」的應用。梁琰曾談到,2014 年上線的「美麗化學」所展示的內容還很單薄,視覺層面的美可以打破界限,激發興趣。
美國在科學可視化領域走得更前,分子生物學博士 Janet Iwasa 被認為是其中代表。她在畢業後專門去好萊塢學了幾個月的三維電腦動畫製作,如今成為了一名「分子動畫師」,她用可視化的手段展示愛滋病病毒的生命周期。
Janet 在 Ted 演講中稱,儘管科學家們花了十多年時間研究 HIV 病毒,但面對公眾時,他們只會用一張簡單的示意圖,紙和筆似乎是許多生物學家表達工具的極限。Janet 的團隊用動畫製作 HIV 病毒感染人體細胞的過程,以及醫學治療如何對抗病毒。這個團隊更大,包括生物學家、動畫師、程式設計師,他們只做了一個免費的開源軟體 Molecular Flipbook,生物學家可以利用這個軟體設計自己的分子動畫。
(文中視頻及圖片均來自「重現化學」官網)