Исследователь представит свои результаты на весеннем собрании Американского химического общества (ACS).

Ранее У. Уокер Смит, единственный исследователь проекта, объединил свои увлечения музыкой и химией и преобразовал естественные колебания молекул в музыкальную композицию. "Затем я увидел визуальные представления дискретных длин волн света, испускаемого такими элементами, как скандий", - говорит Смит. "Они были великолепны и сложны, и я подумал: "Вау, я действительно хочу превратить их тоже в музыку"."

Элементы излучают видимый свет, когда они находятся под напряжением. Этот свет состоит из множества отдельных длин волн или определенных цветов с уровнями яркости, уникальными для каждого элемента. Но на бумаге наборы длин волн для разных элементов трудно различить визуально, особенно для переходных металлов, которые могут иметь тысячи отдельных цветов, говорит Смит. Преобразование света в звуковые частоты могло бы стать для людей еще одним способом обнаружения различий между элементами.

Однако создание звуков для элементов периодической таблицы уже делалось раньше. Например, другие ученые присвоили самые яркие длины волн отдельным нотам, воспроизводимым клавишами традиционного пианино. Но этот подход сократил богатое разнообразие длин волн, испускаемых некоторыми элементами, всего до нескольких звуков, объясняет Смит, который в настоящее время является исследователем в Университете Индианы.

Чтобы сохранить как можно больше сложности и нюансов спектров элементов, Смит проконсультировался с преподавателями Университета Индианы, в том числе с Дэвидом Клеммером, доктором философии, профессором химического факультета, и Чи Вангом, доктором философии, профессором музыкальной школы Джейкобса. С их помощью Смит создал компьютерный код для воспроизведения 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 обсуждали сходство паттернов между световыми и звуковыми колебаниями. Например, среди цветов видимого света частота фиолетового 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, настраивая аудиовыход в диапазоне, 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 режиме реального времени, формируя гармонии и ритмические паттерны 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 колокольный звон с ритмом, возникающим в результате взаимодействия частот друг с другом. Прослушивание нот некоторых других элементов напомнило Смиту о жутком фоновом шуме, похожем 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".

"Некоторые ноты звучат фальшиво, но Смит сохранил верность этому в этом переводе элементов в музыку", - говорит Клеммер. Эти фальшивые тона, известные в музыке как микротоны, происходят от частот, которые находятся между клавишами традиционного фортепиано. Соглашаясь, Ван говорит: "Решения относительно того, что жизненно важно сохранить при обработке данных ультразвуком, являются одновременно сложными и полезными. И Смит проделал огромную работу, принимая такие решения с музыкальной точки зрения".

Следующий шаг - превратить эту технологию в новый музыкальный инструмент с выставкой в Музее науки, здравоохранения и технологий WonderLab в Блумингтоне, штат Индиана. "Я хочу создать интерактивную музыкальную таблицу Менделеева в режиме реального времени, которая позволит и детям, и взрослым выбрать элемент, увидеть отображение его спектра видимого света и одновременно услышать его", - говорит Смит. Он добавляет, что этот основанный на звуке подход имеет потенциальную ценность в качестве альтернативного метода обучения в классах химии, поскольку он подходит для людей с нарушениями зрения и различными стилями обучения.

Видеозапись исследования доступна по адресу www.acs.org/elementmusic.