原來化學反應在鏡頭里這么有趣、這么美!

　　色彩斑斕的《美麗化學》系列視頻，可能是有史以來，中國人制作的最酷的關于化學的科學傳播作品。它在國內外引起巨大轟動，甚至連諾貝爾和平獎得主“禁止化學武器組織”(OPCW)也申請在自己的紀錄片中使用這部作品。

　　片子主創叫梁琰，一路都是學霸，直至升入清華。在美國博士畢業后，他沒有隨大流去做研究，而是選擇了一條非主流職業道路——拍化學短片。

　　金屬置換反應

　　重鉻酸鉀結晶過程

　　撰文 石鳴

　　當一滴硝酸銀溶液，墜入一杯氯化鈉溶液的汪洋之中，會發生什么?

　　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!”

　　這是目前任何一個化學實驗室里最普通的做法。

　　然而，在《美麗化學》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，整個畫面又變成了海底的景象，剛剛發生過反應的地方現在矗立著一座巨大的冰山。

　　這是之前世界上絕大多數人沒有目睹過的景象。

　　2014年7月19日，梁琰第一次在實驗室里看到了這幅景象。他至今保留著當時的視頻錄音，那天在場的有三個人，都是化學領域的專業研究人員，他們全都忍不住驚呼起來，因為效果太震撼了。

　　這就是他拍《美麗化學》的起點。

　　三年之后，2017年11月，《美麗化學》續集《重現化學》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，網上也有不少其他人拍攝化學反應視頻。

　　但是這些視頻大部分發生在玻璃容器里面，看起來，視覺的主體并不是化學反應本身，而是反應發生的容器——試管、燒杯，等等。

　　梁琰拍《美麗化學》時，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，還會讓物體變形。

　　他找啊找，直到有一次去到自己的大學輔導員的實驗室，看到了這種叫做“比色皿”的裝置。他親切地稱它們為“小魚缸”。

　　這種“小魚缸”的表面平滑，由光學玻璃制成，原本是用來做光譜分析的，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，化學反應的拍攝，他們基本上不加特效，顏色也不進行額外的處理，只是稍微處理一下曝光的效果，從而保證拍出來的化學反應，沒有經過人工的修飾，是對化學本身內容盡可能忠實的還原。

　　鎂的燃燒，像是一顆星星突然在夜空中爆發，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，最后變成一團星云，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。

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

　　鉛的置換過程

　　冰晶凝結成凌厲的冰刀，越來越快、越來越密、越來越細地從四面八方伸展出來，像一根根具有生命的尖刺不斷地推進著、擴張著自己的邊界。

　　這是魔法嗎?不，這是科學。

　　“科學給了我們一個新的方式來看待自然，或者說，擴展了我們看待自然的方式和視野。當你搞清楚了一個東西是如何運作的，那么會感覺更加美妙。”梁琰說。

　　《化學花園》片段

　　氯化鈷在硅酸鈉溶液中反應

　　他和他的團隊拍過一個片子叫做《化學花園》。這個片子記錄的，是6種不同的金屬鹽在硅酸鈉溶液中的反應過程，然而，這些無機鹽呈現出來的狀態，像極了有機細胞的不斷復制和生長。

　　“其實20世紀初的時候，曾經有人認為，這個反應很有可能說明了地球上的生命是如何起源的，后來，人們又推翻了這個想法。但是，在2000年左右，我們的想法又被翻轉過來了。

　　“我們發現，在海底真的存在這種類似《化學花園》里呈現的物質結構。很可能這個反應，真是是跟生命的起源相關的。”

　　梁琰本人，就是一個化學學霸。高中時，他化學常考滿分，本科畢業于清華大學化學系，研究生去了美國明尼蘇達大學，攻讀化學博士學位。

　　在美國的留學經歷，成了他職業生涯的轉折點。

　　原本，他就對計算機圖像、攝影這些領域很感興趣。他喜歡打電腦游戲，“深知那些精美絢麗的畫面能給人帶來多大的沖擊”。本科時，他自學了如何使用專業軟件進行圖形繪制，還出版過一本Photoshop的“學習手冊”。

　　在美國，他遇見了一位叫Janet Iwasa的學者。“她是TED的fellow(成員)，經歷相當傳奇，原本是細胞生物學博士，同樣也對圖形設計、動畫感興趣。結果博士畢業后，她申請了美國國家科學基金會一個獎金，去好萊塢專門學習了兩個月動畫制作，成了這個領域的一個專家。”

　　《消失的金屬》

　　這位學者給梁琰一個啟發，他也是對科學和藝術這兩個交叉領域感興趣，他意識到，沒準也可以把自己的愛好變成工作，走一條“科學可視化”的職業道路。

　　“科學可視化是一個很寬泛的概念，很多領域都在運用，醫學，物理學，天文學，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出來。”

　　歷史上第一個科學可視化的例子，是300多年以前，胡克畫的一個顯微鏡下面的跳蚤形象，當時引起公眾轟動。

　　另外一個著名的例子，是100多年以前，倫琴發現了x射線，拍了一張戴著一個戒指的手的骨頭照片。

　　“可以說，科學可視化提供了一個全新看待自然的方式。這種可視化的圖像，能夠給人們無限的想象，讓我們知道，還有一個很美妙的世界值得我們去探索。”

　　梁琰團隊復原的歷史上的化學實驗裝置

　　拍《美麗化學》時，梁琰并沒有太多硬件條件：一間化學實驗室，一臺1萬元左右的4K攝影機，一個32T容量的存儲設備和4塊1080p的顯示屏幕。

　　現在，他有了常規的微距鏡頭，還添置了一臺價值20多萬的顯微鏡，用于捕捉肉眼不可見的華麗畫面。

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

　　《放熱反應》

　　“最重要的不是硬件，而是人。”梁琰說，“如果沒有團隊的協助，我拍不出這些美麗的東西。”

　　在采訪中，他反復提起攝影師朱文婷，她年紀輕輕，畢業于清華美院，已經是《重現化學》主要攝影師。

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

　　在中科大，陶先剛已教了32年化學基礎課;黃微是一位年輕的實驗女教師。在《美麗化學》項目中，他倆負責化學實驗的操作，而梁琰主要負責提構想、拍攝視頻和后期制作。

　　《美麗化學》那么轟動，是他們都沒有想到的?！蹲匀弧冯s志前任主編菲利普·坎貝爾在Twitter上大力推薦，美國主流媒體迅速跟進。隨后，俄羅斯、加拿大、法國、意大利、匈牙利、希臘、阿根廷等國家的媒體也紛紛進行了報道。

　　《美麗化學》上線一周后，梁琰收到了一封來自德國的電子郵件。“你好，‘美麗化學’團隊的每一個人，”15歲的保羅寫道，“感謝你們將自然之美展現給這個世界!”

　　美國《赫芬頓郵報》撰文報道說，“這可能會讓你瘋狂地愛上化學。”

　　次年，《美麗化學》獲得了美國科學可視化VIZZIES競賽的專家獎。

　　“這個獎是美國國家科學基金會和美國《大眾科學》雜志聯合舉辦的，是在科學可視化領域里邊非常著名的一個競賽。我們當時項目剛剛開始做，就得到了這樣一個國際專業競賽的一個認可，這對我們來說是非常有鼓勵性質的。”

　　對梁琰來說，更重要的反饋來自大眾。很多人告訴他說，如果當年讀初中或者高中時，就能看到化學反應是這個樣子，很可能化學成績就不會那么差，甚至可能會喜歡上化學。

　　“這種來自大眾的反饋，比獲得某某獎項更重要，讓我覺得做這個東西，真的很有意義。”他說。

　　“我覺得，有一些基本的化學知識，對一個人來講是非常重要的。而且，如果我們能夠吸引一些孩子，讓她們將來有志于成為化學家，我覺得這對于整個人類來講也是非常重要的，因為我們現在面臨的很多問題，都需要化學家來幫我們解決。”

　　梁琰也常常思索，如何能夠在作品呈現上與大眾更好接軌。

　　之前拍《美麗化學》，包括了宏觀的化學反應和微觀的化學結構兩大塊?；瘜W結構這部分涉及到分子和原子的結構，拍不了，也看不到，于是他使用電腦的三維軟件和動畫技術模擬展示。

　　從整個網絡傳播來講，化學反應的視頻，傳播和接受度要遠遠高于化學結構。

　　梁琰分析，對化學結構，觀眾還是需要有一定的基礎知識，才能感受到化學之美，否則看起來就是一堆小球而已。

　　于是，在拍《重現化學》時，他沒有再去做微觀結構這部分，而把主要精力放在如何盡最大可能來提高化學反應的視覺美感度。

　　許多反應的速度很快，瞬間完成，更常見的情況是，反應物的濃度不同、純度不同，會直接影響反應的呈現。

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

　　霍金說過，一本科普讀物里面，每多一個方程式，就會少掉百分之十的讀者。然而，在梁琰的片子中，他還是堅持把化學反應的方程式配在相應的畫面上。

　　“因為我是學化學的，方程式非常重要。而且我感覺，從畫面的構圖來講，有了方程式整個畫面才完整。

　　”如果不喜歡化學、或者對化學不了解的人來看，可以把化學方程式當作一個裝飾性質的元素。但是如果了解一點點化學的話，他會知道，原來一個看似枯燥的方程式背后，卻是這樣美的一個畫面。”