Dieser Wissenschaftler ist jedes Element im Periodensystem in Musik verwandelt.

Materialwissenschaftler verlassen in der Regel auf ihre Augen um Daten zu analysieren, aber bald können sie ihre Ohren auch beschäftigen. Setzen die Bewegungen der Moleküle Musik helfen Wissenschaftler identifizieren versteckte Muster in den Daten, die sonst zu klein oder in so kurzer Zeit auftreten könnten skaliert, dass sie vom menschlichen Auge leicht zu übersehen sind.

Das ist die Hoffnung der Asegun Henry, Maschinenbau-Ingenieur an der Georgia Tech. Er bewirbt sich für ein Stipendium der National Science Foundation eine Bildungs-app erstellen, die einzigartige musikalischen Signaturen für jedes Element im Periodensystem Kataloge. Er setzt sie auch Musik. Nicht mehr müssen wir uns ausschließlich auf Worte oder Diagramme zu verstehen, die Unterschiede zwischen der molekularen Struktur für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase verlassen. Wir hören ihnen zu.

"Meine Hoffnung ist, dass es ein interessantes Tool ist, das Periodensystem zu lehren, sondern auch um den Menschen eine Vorstellung über die Idee, dass das gesamte Universum bewegen und Lärm zu machen," sagte Henry Gizmodo. "Sie können nicht nur hören."

Es gibt viele Leute, die interessante Dinge mit Sonifikation, einschließlich interdisziplinäre Kooperationen zwischen Wissenschaftlern und Künstlern. Vor einigen Jahren baute ein Projekt namens LHCSound eine Bibliothek von "Sounds" ein Top-Quark-Jet und das Higgs-Boson, unter anderem. Das Projekt, unter der Leitung von CERN-Physiker Lily Asquith, hatte einen umfassenderen Ziel: Sonfiication als Technik zur Analyse der Daten aus Teilchenkollisionen, zu entwickeln, so dass Physiker "subatomaren Teilchen nach Gehör erkennen könnte". Henry ist etwas ähnliches tun. Seine Verwendung von Sonifikation in seiner Forschung führte bereits zu einem jüngst veröffentlichten Papier in den Journal of Applied Physics.

Materialien bekommen ihre Eigenschaften von molekularen Struktur. Aber diese Komponente-Moleküle sind nicht statische Objekte; Sie sind ständig vibrieren wie die Bindungen zwischen den Atomen, aus denen sich Moleküle bewegen. Das einfachste Spielzeugmodell ist, dass zwei (oder drei) runden Kugeln befestigt durch eine flexible Feder, die sich auf verschiedene Weise bewegen kann. Sie können hin und her wie ein Pendel, Stretch, Twist und Wag rocken. Und diese Schwingungen wie Wellen miteinander interagieren.

Mehr Atome in einem Molekül, desto mehr Kombinationen zwischen den verschiedenen"Schwingung" (verschiedene Arten von Wellen) sind möglich. "Wie ändert sich die Energie der Interaktion in Bezug auf den Abstand zwischen den Molekülen viel der Physik bestimmt", sagte Henry, wie wie gut ein bestimmtes Material Wärme (eine Eigenschaft bekannt als thermische Leitfähigkeit) leitet.

Verschiedene Arten von Elementen werden bestimmte Arten von akustischen Signaturen haben. Dies ist zum Beispiel der Klang von kristallinem Silizium:

"Wir müssen die Schwingungen der Atome, so dass Sie sie hören können, weil sie zu schnell sind und bei zu hohen Frequenzen verlangsamen," sagte Henry. "Aber Ihr werdet hören Sie den Unterschied zwischen etwas niedrig auf der periodischen Tabelle und so etwas wie Kohlenstoff, die sehr hoch ist." Wird eine hohe Töne klingen und eine niedrige ertönt."

Es ist mehr als nur eine lustige Übung. Henry und sein Doktorand, Wei Lv, interessierten eine Besonderheit von Polymeren, langkettige Moleküle alle aneinandergereiht, mit Tausenden und Abertausenden von verschiedene Modi der Erschütterung, die miteinander interagieren. Polymere sind viel komplizierter als das einfache Spielzeug-Modelle, so dass es schwieriger ist, um deren Wechselwirkungen mathematisch zu beschreiben. Wissenschaftler müssen auf Computersimulationen, die Schwingungen zu studieren verlassen.

Aber wenn Henry und Lv ihre Computersimulationen lief, bemerkte sie, dass einige der Polymere, die sie modellieren Verhalten sich nicht wie erwartet. Die Startparameter ein wenig zwicken, und das System wird entwickeln normalerweise bis zu einem Punkt, sondern in welche zu einer gemusterten Reihe von Schwingungen Beträge dann auseinander – nicht zufällig. Das simulierte Polymer wird thermisch supraleitenden — d. h. in der Lage, den Transport von Wärme ohne Widerstand, viel wie die vorhandene Klasse von supraleitenden Materialien, die Strom leiten ohne Widerstand (wenn auch bei sehr niedrigen Temperaturen).

Enrico Fermi hatte dieser seltsame Effekt in frühen Computersimulationen von Ketten von Partikeln vor 50 Jahren bemerkt überspielen es eine "schockierende kleine Entdeckung." Aber dies war das erste Mal, das es in einem tatsächlichen (idealisiert) Polymer beobachtet hatte. "Spielzeug Modelle sind frei erfunden und entwickelt, um wirklich einfach und schlicht sein, damit Sie sie leicht, analysieren können", sagte Henry. "Wir haben das mit einem realen System, und die [Effekt] tatsächlich beibehalten."

Henry und Lv identifiziert erfolgreich drei Schwingungs-Modi aus all die Tausende, die für das Phänomen verantwortlich waren. Aber die üblichen Analyse-Techniken – wie die Amplituden der Modi im Laufe der Zeit in einem visuellen Graphen Plotten — nicht verraten nichts bemerkenswert. Erst als sie beschlossen, die Daten sonify, denen sie lokalisiert, was vorging. Dies beinhaltete, mapping, Tonhöhe, Klangfarbe und Amplitude auf die Daten in eine Art molekulare Musik übersetzen.

Sie entdeckten, dass die drei Modi würde ein-und im Laufe der Zeit verblassen, und schließlich würden sie miteinander synchronisieren. Dies verursachte eine Art akustisches Feedback-Schleife, bis das simulierte Material thermisch supraleitenden wurde. Diese so genannte "divergent" Polymere Klang wie folgt aus:

Im Gegensatz dazu handelt es sich um den typischen Klang der "konvergent" Polymere:

Setze sie zusammen, und sie klingen wie dies:

Zugegeben, klingt es weniger wie ein musikalischer Ton, sondern eher wie Sandpapier auf Holz. Aber es gibt nützliche Informationen innerhalb dieser Raspeln Klänge, die nicht offensichtlich, wenn Sie genau auf die visuelle Grafik gesucht hatten. "Sobald Sie es spielen, deine Ohren es sofort aufgreifen", sagte Henry. So ist es solide Proof of Principle der Sonifikation als analytisches Werkzeug für die Materialwissenschaft.

Henry arbeitet immer noch auf der Suche nach den zugrunde liegenden Mechanismus hinter dem Phänomen: Warum manifestiert es in einigen Polymersysteme, andere aber nicht? Wenn es ihm gelingt, sein es könnte eines Tages möglich, körperlich thermische supraleitende Materialien für real, wodurch die Öffnung allerlei praktische Anwendungen machen. "Es würde die Welt verändern", sagt Henry. "Konzeptionell Sie wäre in der Lage, eine thermische supraleitenden Rohr aus der Sahara laufen und sorgen für Wärme an den Rest der Welt."

In der Zwischenzeit hat er eine app zu bauen, so dass wir alle unsere eigenen molekularen Musik zu komponieren.