科学世界是这么的美丽,一点都不枯燥,神奇!
小编为您收集和整理了科学世界是这么的美丽,一点都不枯燥,神奇!的相关内容:化学是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学。学习化学不仅能使人们了解物质的化合与分解等变化规律,同时也能帮助人们掌握化学实验的技能。化学变化主要涉及分子、原子层次。分子、原子构成自然界六七百万种
化学是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学。学习化学不仅能使人们了解物质的化合与分解等变化规律,同时也能帮助人们掌握化学实验的技能。化学变化主要涉及分子、原子层次。分子、原子构成自然界六七百万种物质形态。化学中的美,既包括在高倍显微镜下物质结构显现的因素美,也表现在化学实验美,更表现在化学理论所反映的和谐与统一美。
沉淀之美
先来看两个相对简单的化学反应方程式:
学渣眼里看到的是:一串字母+数字。学霸则表示:这不是简单的沉淀反应嘛。而我却要告诉你,这其实是一道极美的风景:显微摄影镜头下的沉淀反应,如奔腾的瀑布一般,倾泻而下!
硝酸银和氯化钠反应
硝酸银和铬酸钾反应
这是中科大团队和清华大学出版社在2014年做的一个 美丽化学项目,为了把化学的美丽展现出来,我拍了不同类型的化学影片,以及用电脑动画展示了很多和化学结构、化学史相关的东西。在美丽化学网站,你可以清晰地看到一朵夏槿花在氢氧化钠溶液中变色的全过程,也可以看到金属铜如何将硝酸银溶液中的金属银置换出来,变成一棵棵美丽的银树这就是我的工作,用影像和动画的方式告诉大家:化学,原来可以如此美丽。
氯化钡沉淀反应
放热反应:钠放入水中
锌置换铜
钾元素燃烧
2023年美丽科学和中国化学会合作一个重现化学的项目,在重现化学里拍了16个更加精美的化学反应影片。在这些影片中,制作团队更注重音乐与整体艺术的搭配。
结晶之美
铬酸钾结晶
化学到底美不美呢?答案是肯定的,尤其是一些晶体。早期关于晶体内部结构的研究是1665年,罗伯特胡克开展的。当时他用显微镜观察了很多水晶的表面,发现表面的形状都是非常规则,他猜测可能是因为内部微粒的规则排列导致的。此外,一位叫阿羽伊的法国科学家,通过把数学和晶体的微观结构联系起来,用数学原理来解释为什么同一种物质会有不同形状的晶体。
1883年,科学家已经知道了原子论,了解到物质是由看不见的原子构成的,但仍无法准确知道原子在晶体内部是如何排列的。
当时猜测氯化钠的晶体可能的排列方式(最右图)
现在我们通过X射线衍射的方式,知道氯化钠晶体内部是非常规则、非常美丽的。图中白色的表示的是氯离子,蓝色的是钠离子
这是绿宝石的结构,晶体的内部结构如同外部的规则几何形状一般引人入胜
红宝石的结构
水晶的结构
另外,通过金属置换反应,我们可以生产金属晶体。我们拍摄了两种反应,一种是锌置换铅的反应,另一类是铜置换银的反应。因为银是银白色的,铅则有点发黑,所以这部影片的名字就叫《黑与白》,位列2016年国家地理短片电影精选排名前十。
美丽化学:黑与白
通过视频,不难看出化学其实是一门很美的学科。所以当我们要背枯燥的方程式时,想想背后这些美丽的画面,可能就不会讨厌它了。现在人类在面临非常多的问题:环境、能源、食品等,都和化学息息相关,未来我们需要更多的化学家,来解决这些特别棘手的问题。
其实不仅只讨论化学,我们所说的是科学之美,包括很多学科,比如生命科学。生命科学研究各种各样的千奇百怪的生命形态。
自然界的艺术形态之美
德国的一位科学家恩斯特海克尔,出版过一部著名的作品,叫《自然界的艺术形态》,书中他用一百张精美的插画展现生命的美丽的形态。
各种各样的水母
鼓藻,单细胞的生命,呈现如此漂亮的形态
放射虫,一种单细胞生命,外壳是外骨骼,结构非常复杂,但是成份却非常简单,和沙子一样都是二氧化硅
神奇的水果放电实验
这样的西红柿大家见过没?外面发光的其实是闪电。如何拍到这样的画面呢,我们通过一种叫基尔里安摄影术实验便可完成。首先在一个玻璃器皿底部覆盖一层食盐水,将西红柿的切面贴在容器底部,并将高压发生器的两端分别连接西红柿和食盐水,便会产生这样的放电现象。
不光西红柿可以放电,我们团队还折磨了很多其他的水果:橘子、苹果,拍出的图片都非常漂亮。
高压放电
认知层面的美
刚才展现的化学的美、生命形态的美、放电的美,这些美都是感官层面的,是一种感性的美。但科学的美不仅仅停留在感性层面,更多的是在理性的层面,曼彻斯特大学Brain Cox教授说过一句话:The world is beautiful to look at but its even more beautiful to understand翻译过来就是我们能感受到世界是很美的,世界有很多很美的景色,一旦我们能知道它运作的规律,我们能理解自然的话,我们会发现它更美。这种美便是一种理性的美,是一种认知层面的美。科学知识不但能帮助我们更深入地理解自然的美丽和伟大,还会引发我们提出更多问题,激励我们在未知领域进行探索。
热成像之美
只要是温度不是绝对零度,物质都会发出红外线,温度越高发的红外线越强,温度越低的发的红外线越弱。如果我们可以捕捉红外线,就能转化成物体表面的温度信息。
接开水如果在红外热成像下是什么样的,假设我们的眼睛可以看到热,大概是这个样子。
热成像下的荷花
在热成像的下可以看到荷花是很热的,尤其是中间温度可达32到34度。那么它是如何把自己加热的,为什么要放热?科学家认为通过此举可以吸引到传粉的昆虫。
除此之外,美丽科学团队还创办了嗨!元素、小学科学互动教学资源、 科学绘本等栏目,通过提供更多优质内容,让更多的小孩子在一开始认识科学的时候,就可以明白,科学是一件如此美丽的事情。
未来论坛是中国唯一的商学跨界的科学传播公益平台,不仅是科学面向公众的 传播人、科学界和商业界的对接人、更是以民间资本激励科学突破的推动人。在未来论坛主办的理解未来讲座上,新浪科技就美丽化学项目、科学可视化等问题对梁琰进行了专访。
1:谈到化学,大家的反应是繁重的课业和枯燥的公式和定律,但您的工作却让大家觉得:化学原来如此美丽。您对你的工作是如何定义的,或者有什么介绍能让大家一下子就记住您的工作?
梁琰:我认为科学是很美好的,我们的工作就是用最适合的方式,将科学中的物体、概念、数据、现象和过程等进行可视化呈现和艺术加工,最后把这种美好的东西展现给观众。我们特别想能让大家知道,科学其实是非常酷的,希望我们的工作能够激发大家对于科学的兴趣,让大众觉得化学反应方程式原来可以这么美。
2:您是如何走上科学可视化这条道路?在微观拍摄过程中,有哪些让您记忆犹新的事情?
梁琰:大学时我对漂亮的图像以及动画设计非常感兴趣,就学了一些计算机图形图像软件,加上我本身是做科学的,所以我一直在尝试,能否把兴趣和专业相结合。比较幸运的是,在我博士毕业后,遇到一个比较好的机会,加入了波士顿一家科学可视化公司, 回国后也继续从事这方面工作了。
在微观拍摄的时候,有点像进入到另外一个世界一样,当物质放大到一定程度之后,很多景象是让人想象不到的,我们在近距离拍摄的化学反应时,就很美妙,我们做的事情就是把它记录下来。然后后期进行一些加工,比如加上音乐等,让大家在观看时有更好的体验。发现一些没有人见过的东西,做一些其他人没有做过的事情,本身就有很大震撼力,希望有更多的人能看到我们的作品。
3:想要拍出比较好的科学可视化作品,应该需要具备哪些条件?或者说对于普通人,想要尝试这种拍摄,是否可行?
梁琰:一方面对器材和技术有一些要求,需要一些特殊的设备,比如说显微镜、红外热成像相机等。另外一方面还得有科学背景,要明白自己要拍什么,要怎么拍,如何来准备样品等。比如一个自然风光摄影师,他可能知道要在某个特定的时刻光可能是最漂亮的。同样对于我们来说,我们需要知道,在什么样的条件下能够拍出什么样的作品,所以需要你有一定科学的基础。
普通人想尝试的话,现在最好的一个方式,就是在手机上加一个镜头,把手机变成一个简易显微镜,来进行拍摄。
梁琰团队制作的杂志封面
4:国外是如何做科学可视化作品的?他们都有哪些手段,达到了什么效果?与国外相比,我们的差距和发展空间是什么?
梁琰:整体来讲,这其实是一个比较小的行业。但国外对科学可视化作品需求量更大一些,他们有很多的科学纪录片都需要特殊摄影。国外很多制药公司对这方面也很重视,比如一些新药出来后,他们会通过科学可视化手段来帮他们展示药物在细胞内的作用机理。
我们国内现在正在发展这个行业,技术手段和国外差不多,只是国外需求量大一些,基础比我们好一些。但是我国现在比较重视科普这方面。另外科研论文数量在不断地增加,一些科技论文杂志会邀请作者设计杂志的封面,这也是一类对科学可视化作品的需求。随着需求的增多,我相信以后国内的科学可视化会发展壮大起来的。
5:在艺术上,您的理念是什么?如果大家遇到分歧、意见不合,您是如何怎么统一不同意见?
梁琰:团队主要是以科学为主,运作模式是大家提出问题,然后团队一起来想办法解决。通过做实验、探索不同领域,最终目的是为了做出完美的作品。一旦团队有不同意见时,我们非常民主,把大家召集一块,每个人聊一聊自己的想法,互相补充,然后选出最好的方案,最终达成一致。
嗨!元素栏目
6:我们现在是把一些化学反应做成了可视化的视频,会不会考虑在其他学科也做一些东西?
梁琰:我们前面出发点是化学反应,我们在美丽化学上能取得成功,一方面是没有人做过类似的东西,第二点是在大家的潜意识里,化学是无聊枯燥的,所以当看到一个完全不一样的呈现方式时,传播效果是很不错的。
但我觉得团队不能一直总去在做化学的东西,所以我们也在不断地探索新的方向,科学本身也提供了不同的可能性,比如生命科学、物理科学等,都有各种各样的不同的东西,每个学科都有不同的特点,另外我们也在做相关的拓展,创办了嗨!元素、小学科学互动教学资源、 科学绘本等栏目,为大家提供更多的优质内容,将科学可视化之路进行到底。
科学的认识始于问号和悬念,正是问题的存在,激励人们去进行科学探讨。问号和悬念的解决必然带来一种科学性的满足,正如居里夫人说过的,科学工作中能达到至美往往是具有强烈科学好奇心的人,并在自己的学习实践中不断提出和解决问题,领悟自然界的内在秩序与和谐图景,享受这至美的乐趣,形成科学美感。
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