美到震撼！清華學(xué)霸用3分鐘化學(xué)短片，火遍全球

 　　原來(lái)化學(xué)反應(yīng)在鏡頭里這么有趣、這么美!

　　色彩斑斕的《美麗化學(xué)》系列視頻，可能是有史以來(lái)，中國(guó)人制作的最酷的關(guān)于化學(xué)的科學(xué)傳播作品。它在國(guó)內(nèi)外引起巨大轟動(dòng)，甚至連諾貝爾和平獎(jiǎng)得主“禁止化學(xué)武器組織”(OPCW)也申請(qǐng)?jiān)谧约旱募o(jì)錄片中使用這部作品。

　　片子主創(chuàng)叫梁琰，一路都是學(xué)霸，直至升入清華。在美國(guó)博士畢業(yè)后，他沒有隨大流去做研究，而是選擇了一條非主流職業(yè)道路——拍化學(xué)短片。

　　

 

　　金屬置換反應(yīng)

　　

 

　　重鉻酸鉀結(jié)晶過(guò)程

　　

 

　　撰文 石鳴

　　當(dāng)一滴硝酸銀溶液，墜入一杯氯化鈉溶液的汪洋之中，會(huì)發(fā)生什么?

　　梁琰熟練地把試管一甩，然后遞到我面前，原本清澈的液體變得像洗碗水一樣渾濁：“喏，白色沉淀!”

　　這是目前任何一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里最普通的做法。

　　然而，在《美麗化學(xué)》的鏡頭下，我們看到，在漆黑的天幕之下，突然劃入流星雪白燦爛的軌跡，然而，流星并未落地，而是中途折轉(zhuǎn)方向，緩緩上升，上升，然后像禮花般轟然綻放，火花四射，下沉，及至最后，整個(gè)畫面又變成了海底的景象，剛剛發(fā)生過(guò)反應(yīng)的地方現(xiàn)在矗立著一座巨大的冰山。

　　這是之前世界上絕大多數(shù)人沒有目睹過(guò)的景象。

　　2014年7月19日，梁琰第一次在實(shí)驗(yàn)室里看到了這幅景象。他至今保留著當(dāng)時(shí)的視頻錄音，那天在場(chǎng)的有三個(gè)人，都是化學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)研究人員，他們?nèi)既滩蛔◇@呼起來(lái)，因?yàn)樾Ч鸷沉恕?/p>

　　這就是他拍《美麗化學(xué)》的起點(diǎn)。

　　三年之后，2017年11月，《美麗化學(xué)》續(xù)集《重現(xiàn)化學(xué)》上線，這次的片子更多，更美，更像大片!

　　

 

　　銅置換出銀

　　在梁琰之前，網(wǎng)上也有不少其他人拍攝化學(xué)反應(yīng)視頻。

　　但是這些視頻大部分發(fā)生在玻璃容器里面，看起來(lái)，視覺的主體并不是化學(xué)反應(yīng)本身，而是反應(yīng)發(fā)生的容器——試管、燒杯，等等。

　　梁琰拍《美麗化學(xué)》時(shí)，決定首先要想辦法把這些玻璃儀器從鏡頭里去掉。它們不僅阻擋視線，而且彎曲的玻璃表面，還會(huì)讓物體變形。

　　他找啊找，直到有一次去到自己的大學(xué)輔導(dǎo)員的實(shí)驗(yàn)室，看到了這種叫做“比色皿”的裝置。他親切地稱它們?yōu)?ldquo;小魚缸”。

　　這種“小魚缸”的表面平滑，由光學(xué)玻璃制成，原本是用來(lái)做光譜分析的，因此可以最大程度地保證視覺上的還原效果。

　　

 

　　金屬鋅的電沉積

　　除此之外，化學(xué)反應(yīng)的拍攝，他們基本上不加特效，顏色也不進(jìn)行額外的處理，只是稍微處理一下曝光的效果，從而保證拍出來(lái)的化學(xué)反應(yīng)，沒有經(jīng)過(guò)人工的修飾，是對(duì)化學(xué)本身內(nèi)容盡可能忠實(shí)的還原。

　　鎂的燃燒，像是一顆星星突然在夜空中爆發(fā)，亮度灼人，使用十檔減光鏡之后才能直視。

　　鋰的燃燒，像局部火山噴發(fā)，最后變成一團(tuán)星云，在吃貨眼里或許更像一朵花椰菜。

　　

 

　　鐵粉的燃燒，是“火樹銀花不夜天”的寫照。

　　氫氣的燃燒，則像是一只紫紅色的四處亂竄的精靈。

　　金屬置換反應(yīng)的《黑與白》系列，我們看到了一粒種子如何生長(zhǎng)成一片森林，一叢草地如何綻放成一片花海。

　　

 

　　鉛的置換過(guò)程

　　冰晶凝結(jié)成凌厲的冰刀，越來(lái)越快、越來(lái)越密、越來(lái)越細(xì)地從四面八方伸展出來(lái)，像一根根具有生命的尖刺不斷地推進(jìn)著、擴(kuò)張著自己的邊界。

　　

 

　　這是魔法嗎?不，這是科學(xué)。

　　“科學(xué)給了我們一個(gè)新的方式來(lái)看待自然，或者說(shuō)，擴(kuò)展了我們看待自然的方式和視野。當(dāng)你搞清楚了一個(gè)東西是如何運(yùn)作的，那么會(huì)感覺更加美妙。”梁琰說(shuō)。

　　

 

　　《化學(xué)花園》片段

　　氯化鈷在硅酸鈉溶液中反應(yīng)

　　他和他的團(tuán)隊(duì)拍過(guò)一個(gè)片子叫做《化學(xué)花園》。這個(gè)片子記錄的，是6種不同的金屬鹽在硅酸鈉溶液中的反應(yīng)過(guò)程，然而，這些無(wú)機(jī)鹽呈現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)，像極了有機(jī)細(xì)胞的不斷復(fù)制和生長(zhǎng)。

　　“其實(shí)20世紀(jì)初的時(shí)候，曾經(jīng)有人認(rèn)為，這個(gè)反應(yīng)很有可能說(shuō)明了地球上的生命是如何起源的，后來(lái)，人們又推翻了這個(gè)想法。但是，在2000年左右，我們的想法又被翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)了。

　　“我們發(fā)現(xiàn)，在海底真的存在這種類似《化學(xué)花園》里呈現(xiàn)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。很可能這個(gè)反應(yīng)，真是是跟生命的起源相關(guān)的。”

　　

 

　　梁琰本人，就是一個(gè)化學(xué)學(xué)霸。高中時(shí)，他化學(xué)常考滿分，本科畢業(yè)于清華大學(xué)化學(xué)系，研究生去了美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)，攻讀化學(xué)博士學(xué)位。

　　在美國(guó)的留學(xué)經(jīng)歷，成了他職業(yè)生涯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

　　原本，他就對(duì)計(jì)算機(jī)圖像、攝影這些領(lǐng)域很感興趣。他喜歡打電腦游戲，“深知那些精美絢麗的畫面能給人帶來(lái)多大的沖擊”。本科時(shí)，他自學(xué)了如何使用專業(yè)軟件進(jìn)行圖形繪制，還出版過(guò)一本Photoshop的“學(xué)習(xí)手冊(cè)”。

　　在美國(guó)，他遇見了一位叫Janet Iwasa的學(xué)者。“她是TED的fellow(成員)，經(jīng)歷相當(dāng)傳奇，原本是細(xì)胞生物學(xué)博士，同樣也對(duì)圖形設(shè)計(jì)、動(dòng)畫感興趣。結(jié)果博士畢業(yè)后，她申請(qǐng)了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)一個(gè)獎(jiǎng)金，去好萊塢專門學(xué)習(xí)了兩個(gè)月動(dòng)畫制作，成了這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)專家。”

　　

 

　　《消失的金屬》

　　這位學(xué)者給梁琰一個(gè)啟發(fā)，他也是對(duì)科學(xué)和藝術(shù)這兩個(gè)交叉領(lǐng)域感興趣，他意識(shí)到，沒準(zhǔn)也可以把自己的愛好變成工作，走一條“科學(xué)可視化”的職業(yè)道路。

　　“科學(xué)可視化是一個(gè)很寬泛的概念，很多領(lǐng)域都在運(yùn)用，醫(yī)學(xué)，物理學(xué)，天文學(xué)，等等，你可以理解為把一些肉眼看不見的東西想辦法用視覺的方式呈現(xiàn)出來(lái)。”

　　歷史上第一個(gè)科學(xué)可視化的例子，是300多年以前，胡克畫的一個(gè)顯微鏡下面的跳蚤形象，當(dāng)時(shí)引起公眾轟動(dòng)。

　　另外一個(gè)著名的例子，是100多年以前，倫琴發(fā)現(xiàn)了x射線，拍了一張戴著一個(gè)戒指的手的骨頭照片。

　　“可以說(shuō)，科學(xué)可視化提供了一個(gè)全新看待自然的方式。這種可視化的圖像，能夠給人們無(wú)限的想象，讓我們知道，還有一個(gè)很美妙的世界值得我們?nèi)ヌ剿鳌?rdquo;

　　

 

　　梁琰團(tuán)隊(duì)復(fù)原的歷史上的化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置

　　拍《美麗化學(xué)》時(shí)，梁琰并沒有太多硬件條件：一間化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一臺(tái)1萬(wàn)元左右的4K攝影機(jī)，一個(gè)32T容量的存儲(chǔ)設(shè)備和4塊1080p的顯示屏幕。

　　現(xiàn)在，他有了常規(guī)的微距鏡頭，還添置了一臺(tái)價(jià)值20多萬(wàn)的顯微鏡，用于捕捉肉眼不可見的華麗畫面。

　　另外，他還有一臺(tái)熱成像儀，能夠直接把溫度的變化用視覺的方式呈現(xiàn)在人們眼前。

　　

 

　　《放熱反應(yīng)》

　　“最重要的不是硬件，而是人。”梁琰說(shuō)，“如果沒有團(tuán)隊(duì)的協(xié)助，我拍不出這些美麗的東西。”

　　在采訪中，他反復(fù)提起攝影師朱文婷，她年紀(jì)輕輕，畢業(yè)于清華美院，已經(jīng)是《重現(xiàn)化學(xué)》主要攝影師。

　　此外，他還反復(fù)提到陶先剛和黃微，“可以說(shuō)，沒有他們，就沒有《美麗化學(xué)》。”

　　在中科大，陶先剛已教了32年化學(xué)基礎(chǔ)課;黃微是一位年輕的實(shí)驗(yàn)女教師。在《美麗化學(xué)》項(xiàng)目中，他倆負(fù)責(zé)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作，而梁琰主要負(fù)責(zé)提構(gòu)想、拍攝視頻和后期制作。

　　《美麗化學(xué)》那么轟動(dòng)，是他們都沒有想到的。《自然》雜志前任主編菲利普·坎貝爾在Twitter上大力推薦，美國(guó)主流媒體迅速跟進(jìn)。隨后，俄羅斯、加拿大、法國(guó)、意大利、匈牙利、希臘、阿根廷等國(guó)家的媒體也紛紛進(jìn)行了報(bào)道。

　　《美麗化學(xué)》上線一周后，梁琰收到了一封來(lái)自德國(guó)的電子郵件。“你好，‘美麗化學(xué)’團(tuán)隊(duì)的每一個(gè)人，”15歲的保羅寫道，“感謝你們將自然之美展現(xiàn)給這個(gè)世界!”

　　美國(guó)《赫芬頓郵報(bào)》撰文報(bào)道說(shuō)，“這可能會(huì)讓你瘋狂地愛上化學(xué)。”

 

　　次年，《美麗化學(xué)》獲得了美國(guó)科學(xué)可視化VIZZIES競(jìng)賽的專家獎(jiǎng)。

　　“這個(gè)獎(jiǎng)是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)《大眾科學(xué)》雜志聯(lián)合舉辦的，是在科學(xué)可視化領(lǐng)域里邊非常著名的一個(gè)競(jìng)賽。我們當(dāng)時(shí)項(xiàng)目剛剛開始做，就得到了這樣一個(gè)國(guó)際專業(yè)競(jìng)賽的一個(gè)認(rèn)可，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常有鼓勵(lì)性質(zhì)的。”

　　對(duì)梁琰來(lái)說(shuō)，更重要的反饋來(lái)自大眾。很多人告訴他說(shuō)，如果當(dāng)年讀初中或者高中時(shí)，就能看到化學(xué)反應(yīng)是這個(gè)樣子，很可能化學(xué)成績(jī)就不會(huì)那么差，甚至可能會(huì)喜歡上化學(xué)。

　　“這種來(lái)自大眾的反饋，比獲得某某獎(jiǎng)項(xiàng)更重要，讓我覺得做這個(gè)東西，真的很有意義。”他說(shuō)。

　　“我覺得，有一些基本的化學(xué)知識(shí)，對(duì)一個(gè)人來(lái)講是非常重要的。而且，如果我們能夠吸引一些孩子，讓她們將來(lái)有志于成為化學(xué)家，我覺得這對(duì)于整個(gè)人類來(lái)講也是非常重要的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在面臨的很多問題，都需要化學(xué)家來(lái)幫我們解決。”

　　梁琰也常常思索，如何能夠在作品呈現(xiàn)上與大眾更好接軌。

　　之前拍《美麗化學(xué)》，包括了宏觀的化學(xué)反應(yīng)和微觀的化學(xué)結(jié)構(gòu)兩大塊。化學(xué)結(jié)構(gòu)這部分涉及到分子和原子的結(jié)構(gòu)，拍不了，也看不到，于是他使用電腦的三維軟件和動(dòng)畫技術(shù)模擬展示。

　　從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳播來(lái)講，化學(xué)反應(yīng)的視頻，傳播和接受度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)結(jié)構(gòu)。

　　梁琰分析，對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)，觀眾還是需要有一定的基礎(chǔ)知識(shí)，才能感受到化學(xué)之美，否則看起來(lái)就是一堆小球而已。

　　于是，在拍《重現(xiàn)化學(xué)》時(shí)，他沒有再去做微觀結(jié)構(gòu)這部分，而把主要精力放在如何盡最大可能來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)的視覺美感度。

　　許多反應(yīng)的速度很快，瞬間完成，更常見的情況是，反應(yīng)物的濃度不同、純度不同，會(huì)直接影響反應(yīng)的呈現(xiàn)。

　　于是，為了求得最佳的視覺效果，就需要反復(fù)拍攝，嘗試多種排列組合。有的時(shí)候，素材可能加起來(lái)有十幾個(gè)、甚至幾十個(gè)小時(shí)，最后剪到兩到三分鐘。

　　霍金說(shuō)過(guò)，一本科普讀物里面，每多一個(gè)方程式，就會(huì)少掉百分之十的讀者。然而，在梁琰的片子中，他還是堅(jiān)持把化學(xué)反應(yīng)的方程式配在相應(yīng)的畫面上。

　　“因?yàn)槲沂菍W(xué)化學(xué)的，方程式非常重要。而且我感覺，從畫面的構(gòu)圖來(lái)講，有了方程式整個(gè)畫面才完整。

　　”如果不喜歡化學(xué)、或者對(duì)化學(xué)不了解的人來(lái)看，可以把化學(xué)方程式當(dāng)作一個(gè)裝飾性質(zhì)的元素。但是如果了解一點(diǎn)點(diǎn)化學(xué)的話，他會(huì)知道，原來(lái)一個(gè)看似枯燥的方程式背后，卻是這樣美的一個(gè)畫面。”