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山东化学化工学会

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美到震撼!清华学霸用3分钟化学短片,火遍全球

来源:未知   发布时间:2018-03-30 09:22   发布人:lx

   原来化学反应在镜头里这么有趣、这么美!

  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。它在国内外引起巨大轰动,甚至连诺贝尔和平奖得主“禁止化学武器组织”(OPCW)也申请在自己的纪录片中使用这部作品。

  片子主创叫梁琰,一路都是学霸,直至升入清华。在美国博士毕业后,他没有随大流去做研究,而是选择了一条非主流职业道路——拍化学短片。

  


 

  金属置换反应

  


 

  重铬酸钾结晶过程

  


 

  撰文 石鸣

  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?

  梁琰熟练地把试管一甩,然后递到我面前,原本清澈的液体变得像洗碗水一样浑浊:“喏,白色沉淀!”

  这是目前任何一个化学实验室里最普通的做法。

  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。

  2014年7月19日,梁琰第一次在实验室里看到了这幅景象。他至今保留着当时的视频录音,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

  在梁琰之前,网上也有不少其他人拍摄化学反应视频。

  但是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。

  他找啊找,直到有一次去到自己的大学辅导员的实验室,看到了这种叫做“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。

  

 

  金属锌的电沉积

  除此之外,化学反应的拍摄,他们基本上不加特效,颜色也不进行额外的处理,只是稍微处理一下曝光的效果,从而保证拍出来的化学反应,没有经过人工的修饰,是对化学本身内容尽可能忠实的还原。

  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。

  


 

  《化学花园》片段

  氯化钴在硅酸钠溶液中反应

  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,真是是跟生命的起源相关的。”

  


 

  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。他喜欢打电脑游戏,“深知那些精美绚丽的画面能给人带来多大的冲击”。本科时,他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”。

  在美国,他遇见了一位叫Janet Iwasa的学者。“她是TED的fellow(成员),经历相当传奇,原本是细胞生物学博士,同样也对图形设计、动画感兴趣。结果博士毕业后,她申请了美国国家科学基金会一个奖金,去好莱坞专门学习了两个月动画制作,成了这个领域的一个专家。”

  


 

  《消失的金属》

  这位学者给梁琰一个启发,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。

  “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。”

  


 

  梁琰团队复原的历史上的化学实验装置

  拍《美丽化学》时,梁琰并没有太多硬件条件:一间化学实验室,一台1万元左右的4K摄影机,一个32T容量的存储设备和4块1080p的显示屏幕。

  现在,他有了常规的微距镜头,还添置了一台价值20多万的显微镜,用于捕捉肉眼不可见的华丽画面。

  另外,他还有一台热成像仪,能够直接把温度的变化用视觉的方式呈现在人们眼前。

  


 

  《放热反应》

  “最重要的不是硬件,而是人。”梁琰说,“如果没有团队的协助,我拍不出这些美丽的东西。”

  在采访中,他反复提起摄影师朱文婷,她年纪轻轻,毕业于清华美院,已经是《重现化学》主要摄影师。

  此外,他还反复提到陶先刚和黄微,“可以说,没有他们,就没有《美丽化学》。”

  在中科大,陶先刚已教了32年化学基础课;黄微是一位年轻的实验女教师。在《美丽化学》项目中,他俩负责化学实验的操作,而梁琰主要负责提构想、拍摄视频和后期制作。

  《美丽化学》那么轰动,是他们都没有想到的。《自然》杂志前任主编菲利普·坎贝尔在Twitter上大力推荐,美国主流媒体迅速跟进。随后,俄罗斯、加拿大、法国、意大利、匈牙利、希腊、阿根廷等国家的媒体也纷纷进行了报道。

  《美丽化学》上线一周后,梁琰收到了一封来自德国的电子邮件。“你好,‘美丽化学’团队的每一个人,”15岁的保罗写道,“感谢你们将自然之美展现给这个世界!”

  美国《赫芬顿邮报》撰文报道说,“这可能会让你疯狂地爱上化学。”

 

  次年,《美丽化学》获得了美国科学可视化VIZZIES竞赛的专家奖。

  “这个奖是美国国家科学基金会和美国《大众科学》杂志联合举办的,是在科学可视化领域里边非常著名的一个竞赛。我们当时项目刚刚开始做,就得到了这样一个国际专业竞赛的一个认可,这对我们来说是非常有鼓励性质的。”

  对梁琰来说,更重要的反馈来自大众。很多人告诉他说,如果当年读初中或者高中时,就能看到化学反应是这个样子,很可能化学成绩就不会那么差,甚至可能会喜欢上化学。

  “这种来自大众的反馈,比获得某某奖项更重要,让我觉得做这个东西,真的很有意义。”他说。

  “我觉得,有一些基本的化学知识,对一个人来讲是非常重要的。而且,如果我们能够吸引一些孩子,让她们将来有志于成为化学家,我觉得这对于整个人类来讲也是非常重要的,因为我们现在面临的很多问题,都需要化学家来帮我们解决。”

  梁琰也常常思索,如何能够在作品呈现上与大众更好接轨。

  之前拍《美丽化学》,包括了宏观的化学反应和微观的化学结构两大块。化学结构这部分涉及到分子和原子的结构,拍不了,也看不到,于是他使用电脑的三维软件和动画技术模拟展示。

  从整个网络传播来讲,化学反应的视频,传播和接受度要远远高于化学结构。

  梁琰分析,对化学结构,观众还是需要有一定的基础知识,才能感受到化学之美,否则看起来就是一堆小球而已。

  于是,在拍《重现化学》时,他没有再去做微观结构这部分,而把主要精力放在如何尽最大可能来提高化学反应的视觉美感度。

  许多反应的速度很快,瞬间完成,更常见的情况是,反应物的浓度不同、纯度不同,会直接影响反应的呈现。

  于是,为了求得最佳的视觉效果,就需要反复拍摄,尝试多种排列组合。有的时候,素材可能加起来有十几个、甚至几十个小时,最后剪到两到三分钟。

  霍金说过,一本科普读物里面,每多一个方程式,就会少掉百分之十的读者。然而,在梁琰的片子中,他还是坚持把化学反应的方程式配在相应的画面上。

  “因为我是学化学的,方程式非常重要。而且我感觉,从画面的构图来讲,有了方程式整个画面才完整。

  ”如果不喜欢化学、或者对化学不了解的人来看,可以把化学方程式当作一个装饰性质的元素。但是如果了解一点点化学的话,他会知道,原来一个看似枯燥的方程式背后,却是这样美的一个画面。”