Hoe klinkt het scheikundige element? Het is geen strikvraag

Het periodiek systeem der elementen is al lang een belangrijk onderdeel van wetenschappelijke klaslokalen en laboratoria over de hele wereld, maar heb je je ooit afgevraagd hoe deze elementen eruit zien? Je kunt de elementen natuurlijk aanraken, zien, proeven en ruiken, maar hoe kun je de chemische elementen horen? komt binnen W Walker Smitheen onderzoeker aan de Universiteit van Indiana, heeft zijn passie voor muziek en scheikunde naar een geheel nieuw niveau getild.

Door middel van een techniek die data-sonicatie wordt genoemd, heeft Smith het zichtbare licht dat door de objecten wordt uitgestraald, getransformeerd in unieke en complexe geluiden voor elk. Daarbij stelde hij in feite een muzikaal periodiek systeem samen.

De resulterende vocale output is een prachtige mix van harmonieën en opvallende patronen terwijl de noten van de verschillende elementen op elkaar inwerken. Eenvoudigere elementen, zoals waterstof en helium, klinken vaag als muzikale snaren, terwijl andere elementen een complexere set geluiden hebben. Calcium klinkt bijvoorbeeld als bellen die samen rinkelen, en zink als een engelenkoor dat een majeurakkoord zingt door middel van vibrato.

Het geluid van chemie

Smith kwam op het idee tijdens zijn eerste uitstapjes naar chemische sonicatie toen hij de natuurlijke trillingen van moleculen transformeerde in muzikale akkoorden.

“Toen zag ik visuele weergaven van de discrete golflengten van licht dat wordt afgegeven door elementen, zoals scandium”, zegt Smith. “Het was zo cool en complex, en ik dacht: ‘Wauw, ik wil er ook echt muziek van maken. ‘” “

Smith is echter niet de eerste met dit idee. Eerder hebben andere mensen overwogen om de helderste golflengten van licht die een chemisch element weerkaatst toe te wijzen aan de individuele noten die door pianotoetsen worden gespeeld. Maar daarbij negeert deze benadering de rijke diversiteit aan golflengten die sommige elementen, met name metalen, uitzenden.

Om zoveel mogelijk complexiteit en nuance te behouden, werkte Smith samen met experts in scheikunde en muziek om een ​​nieuw computeralgoritme te ontwerpen dat de lichtgegevens van elk element omzet in een mix van noten, en dat alles in realtime. Dit computerprogramma zet discrete kleurgolflengten om in individuele sinusgolven waarvan de frequentie overeenkomt met de frequentie van licht.

Dit is echter geen perfecte conversie, aangezien de “octaaf” frequentie van licht veel hoger is dan het hoorbare bereik, dus de onderzoekers verminderden de frequenties van de sinusgolven met een factor 10.^-12 Dus we kunnen het echt horen. De amplitude van de golflengten, dat is hoe hard of zacht ze klinken, komt overeen met de helderheid van het licht dat door elk chemisch element wordt gereflecteerd.

Sommige noten klinken misschien vals, maar dat is alleen te verwachten omdat de transposities niet helemaal passen in tonica gelijke maat, het stemmingssysteem dat op alle moderne instrumenten wordt gebruikt, waarbij het octaaf is verdeeld in 12 halve tonen van gelijke grootte . Deze afwijkende tonen, muzikaal bekend als microtonen, zijn afkomstig van frequenties die worden gevonden tussen de toetsen van een traditionele piano.

“Beslissingen over wat van vitaal belang is om te behouden bij het uitvoeren van data-sonicatie zijn zowel uitdagend als lonend. Smith heeft uitstekend werk verricht door dergelijke beslissingen vanuit muzikaal oogpunt te nemen”, zegt Chi Wang, een professor aan de Jacobs School of Music die was betrokken bij de ontwikkeling van het algoritme.

Het uiteindelijke doel van Smith is om deze technologie om te zetten in een nieuw muziekinstrument door middel van een tentoonstelling in het WonderLab Museum of Science, Health and Technology in Bloomington, Indiana. Hij hoopt een interactief, real-time muzikaal periodiek systeem te creëren waarmee kinderen en volwassenen een element kunnen uitkiezen en zijn unieke geluid kunnen horen terwijl ze een weergave van het zichtbare lichtspectrum zien.

De mogelijke toepassingen van deze op geluid gebaseerde aanpak gaan verder dan het maken van mooie muziek. Het heeft waarde als alternatieve lesmethode in scheikundelessen, waardoor het inclusief is voor mensen met visuele beperkingen en verschillende leerstijlen.

Dit geweldige werk werd vandaag gepresenteerd op ACS-voorjaarsbijeenkomst 2023.