To jeszcze chemia czy już muzyka? Jak brzmią pierwiastki chemiczne?

Mamy Na, Ca, Fe, ale co z do, re i mi? Pewien sprytny student wykorzystał technikę zwaną sonifikacją danych w zamianę światła widzialnego emitowanego przez pierwiastki chemiczne w dźwięk. Dzięki temu udało się stworzyć wyjątkowy, muzyczny układ okresowy.
Pierwiastki chemiczne można zamienić w dźwięk /Fot. ACS

Pierwiastki chemiczne można zamienić w dźwięk /Fot. ACS

Spektakularne osiągnięcie zostało zaprezentowane na wiosennym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS). W. Walker Smith, którego pasjami od zawsze była chemia i muzyka, postanowił przekształcić naturalne wibracje cząsteczek w prawdziwą symfonię:

Kiedy zobaczyłem wizualne reprezentacje dyskretnych długości fal światła uwalnianych przez pierwiastki, takie jak skand, pomyślałem: “Wow, naprawdę chcę przekształcić je również w muzykę”. Były przepiękne.

Pierwiastki chemiczne na lekcji muzyki

Pierwiastki chemiczne w określonych okolicznościach emitują światło widzialne. Składa się ono z wielu składowych długości fal (kolorów) z różnymi poziomami jasności, które są unikalne dla każdego pierwiastka. Na papierze suche dane trudno od siebie odróżnić, zwłaszcza w przypadku metali przejściowych, które mogą mieć tysiące odmiennych kolorów. Zamieniając widmo świecenia na dźwięk bylibyśmy w stanie łatwiej identyfikować pierwiastki chemiczne.

Czytaj też: Chemia klik, czyli rewolucja w syntezie organicznej z Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii 2022

W. Walker Smith dodaje:

Naukowcy już wcześniej próbowali przypisać najjaśniejsze długości fal do pojedynczych nut granych przez klawisze na tradycyjnym pianinie. To podejście zredukowało bogatą różnorodność długości fal emitowanych przez niektóre pierwiastki do zaledwie kilku dźwięków i nie miało większego znaczenia praktycznego.

Uczeni skonstruowali specjalny algorytm, który przekształcał długości fal emitowanych przez pierwiastki chemiczne w fale sinusoidalne. Ich częstotliwość była analogiczna do częstotliwości światła, a amplituda dopasowała się do jasności. Naukowcy wykazali np., że fiolet ma prawie dwa razy większą częstotliwość niż czerwień, a w muzyce podwojenie częstotliwości odpowiada oktawie, dlatego konieczne były pewne kompromisy, by poszczególne pierwiastki dało się usłyszeć (niektórych sinusoidy były poza zakresem słyszalnym).

W. Walker Smith wyjaśnia:

Ponieważ niektóre elementy miały setki lub tysiące częstotliwości, algorytm pozwalał na generowanie tych nut w czasie rzeczywistym, tworząc harmonie i wzory dudnień w miarę ich mieszania. W rezultacie prostsze pierwiastki, takie jak wodór i hel, brzmią niejasno – jak akordy muzyczne – ale reszta ma bardziej złożony zbiór dźwięków.

Wapń brzmi jak dzwony, których rytm wynika z tego, jak częstotliwości oddziałują na siebie. Uczonych szczególnie zaskoczył cynk, który pomimo posiadania dużej liczby kolorów, brzmiał jak “anielski chór śpiewający akord durowy z vibrato”.

Następnym krokiem jest przekształcenie opracowanej technologii w nowy instrument muzyczny, który będzie wystawiony w WonderLab Museum of Science, Health, and Technology w Bloomington. Smith chce stworzyć interaktywny, muzyczny układ okresowy, który pozwoli zarówno dzieciom, jak i rodzicom wybrać konkretny pierwiastek i go po prostu “usłyszeć” w dowolnym momencie.