Как звучат элементы?

26 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

надежный источник

корректура

Американского химического общества

В химии есть He, Fe и Ca, а как насчет do, re и mi? Завораживающие красивые мелодии – это не первое, что приходит на ум при взгляде на периодическую таблицу элементов. Однако, используя технику, называемую ультразвуковой обработкой данных, недавний выпускник колледжа преобразовал видимый свет, излучаемый элементами, в звук, создавая уникальные, сложные звуки для каждого из них. Сегодня исследователь сообщает о первом шаге к созданию интерактивной музыкальной таблицы Менделеева.

Исследователь представит свои результаты на весеннем собрании Американского химического общества (ACS). ACS Spring 2023 — это гибридная встреча, которая пройдет виртуально и очно 26–30 марта.

Ранее У. Уокер Смит, единственный исследователь проекта, объединил свои увлечения музыкой и химией и превратил естественные вибрации молекул в музыкальную композицию. «Затем я увидел визуальное представление дискретных длин волн света, испускаемых такими элементами, как скандий», — говорит Смит. «Они были великолепны и сложны, и я подумал: «Ух ты, я тоже очень хочу превратить их в музыку».

Элементы излучают видимый свет, когда на них под напряжением. Этот свет состоит из нескольких отдельных длин волн или определенных цветов с уровнями яркости, уникальными для каждого элемента. Но на бумаге наборы длин волн для разных элементов трудно отличить визуально, особенно для переходных металлов, которые могут иметь тысячи отдельных цветов, говорит Смит. Преобразование света в звуковые частоты может стать для людей еще одним способом обнаружить различия между элементами.

Однако создание звуков для элементов таблицы Менделеева делалось и раньше. Например, другие учёные приписали самые яркие длины волн отдельным нотам, воспроизводимым клавишами традиционного фортепиано. Но этот подход сократил богатое разнообразие длин волн, излучаемых некоторыми элементами, до нескольких звуков, объясняет Смит, который в настоящее время работает исследователем в Университете Индианы.

Чтобы сохранить как можно больше сложности и нюансов спектров элементов, Смит консультировался с преподавателями факультета Университета Индианы, в том числе Дэвидом Клеммером, доктором философии, профессором химического факультета, и Чи Вангом, DMA, профессором химического факультета. Музыкальная школа Джейкобса. С их помощью Смит создал компьютерный код для звука в реальном времени, который преобразовывал световые данные каждого элемента в смеси нот. Дискретные цветовые длины волн превратились в отдельные синусоидальные волны, частота которых соответствовала частоте света, а их амплитуда соответствовала яркости света.

В начале исследовательского процесса Клеммер и Смит обсудили сходство закономерностей между световыми и звуковыми вибрациями. Например, в видимом свете частота фиолетового цвета почти вдвое превышает частоту красного, а в музыке одно удвоение частоты соответствует октаве. Следовательно, видимый свет можно рассматривать как «октаву света». Но эта октава света имеет гораздо более высокую частоту, чем слышимый диапазон. Итак, Смит уменьшил частоты синусоидальных волн примерно на 10–12, подгоняя выходной звук к диапазону, в котором человеческие уши наиболее чувствительны к различиям в высоте звука.

Поскольку некоторые элементы имели сотни или тысячи частот, код позволял генерировать эти ноты в реальном времени, формируя гармонии и ритмические ритмы по мере их смешивания. «В результате более простые элементы, такие как водород и гелий, звучат отдаленно как музыкальные аккорды, но остальные имеют более сложный набор звуков», — говорит Смит. Например, кальций звучит как колокольчики, звенящие вместе с ритмом, возникающим в результате взаимодействия частот друг с другом. Прослушивание нот некоторых других элементов напомнило Смиту жуткий фоновый шум, похожий на музыку, используемую в дрянных фильмах ужасов. Особенно его удивил элемент цинк, который, несмотря на большое количество цветов, звучал как «ангельский хор, поющий мажорный аккорд с вибрато».