化学是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的科学。学习化学不仅能使人们了解物质的化合与分解等变化规律，同时也能帮助人们掌握化学实验的技能。化学变化主要涉及分子、原子层次。分子、原子构成自然界六七百万种物质形态。化学中的美，既包括在高倍显微镜下物质结构显现的因素美，也表现在化学实验美，更表现在化学理论所反映的和谐与统一美。

　　沉淀之美

　　先来看两个相对简单的化学反应方程式：

　　学渣眼里看到的是：一串字母+数字。学霸则表示：这不是简单的沉淀反应嘛。而我却要告诉你，这其实是一道极美的风景：显微摄影镜头下的沉淀反应，如奔腾的瀑布一般，倾泻而下！  

硝酸银和氯化钠反应

硝酸银和铬酸钾反应

　　这是中科大团队和清华大学出版社在2014年做的一个  “美丽化学”项目，为了把化学的美丽展现出来，我拍了不同类型的化学影片，以及用电脑动画展示了很多和化学结构、化学史相关的东西。在美丽化学网站，你可以清晰地看到一朵夏槿花在氢氧化钠溶液中变色的全过程，也可以看到金属铜如何将硝酸银溶液中的金属银置换出来，变成一棵棵美丽的“银树”……这就是我的工作，用影像和动画的方式告诉大家：化学，原来可以如此美丽。

氯化钡沉淀反应

放热反应：钠放入水中

锌置换铜

钾元素燃烧

　　2017年“美丽科学”和中国化学会合作一个“重现化学”的项目，在“重现化学”里拍了16个更加精美的化学反应影片。在这些影片中，制作团队更注重音乐与整体艺术的搭配。

结晶之美

铬酸钾结晶

　　化学到底美不美呢？答案是肯定的，尤其是一些晶体。早期关于晶体内部结构的研究是1665年，罗伯特·胡克开展的。当时他用显微镜观察了很多水晶的表面，发现表面的形状都是非常规则，他猜测可能是因为内部微粒的规则排列导致的。此外，一位叫阿羽伊的法国科学家，通过把数学和晶体的微观结构联系起来，用数学原理来解释为什么同一种物质会有不同形状的晶体。

　　1883年，科学家已经知道了原子论，了解到物质是由看不见的原子构成的，但仍无法准确知道原子在晶体内部是如何排列的。

当时猜测氯化钠的晶体可能的排列方式（最右图）

现在我们通过X射线衍射的方式，知道氯化钠晶体内部是非常规则、非常美丽的。图中白色的表示的是氯离子，蓝色的是钠离子

这是绿宝石的结构，晶体的内部结构如同外部的规则几何形状一般引人入胜

红宝石的结构

水晶的结构

　　另外，通过金属置换反应，我们可以生产金属晶体。我们拍摄了两种反应，一种是锌置换铅的反应，另一类是铜置换银的反应。因为银是银白色的，铅则有点发黑，所以这部影片的名字就叫《黑与白》，位列2016年国家地理短片电影精选排名前十。

 

美丽化学：黑与白

 

　　通过视频，不难看出化学其实是一门很美的学科。所以当我们要背枯燥的方程式时，想想背后这些美丽的画面，可能就不会讨厌它了。现在人类在面临非常多的问题：环境、能源、食品等，都和化学息息相关，未来我们需要更多的化学家，来解决这些特别棘手的问题。

　 其实不仅只讨论化学，我们所说的是科学之美，包括很多学科，比如生命科学。生命科学研究各种各样的千奇百怪的生命形态。

　　自然界的艺术形态之美

　　德国的一位科学家恩斯特·海克尔，出版过一部著名的作品，叫《自然界的艺术形态》，书中他用一百张精美的插画展现生命的美丽的形态。

各种各样的水母

鼓藻，单细胞的生命，呈现如此漂亮的形态

　　放射虫，一种单细胞生命，外壳是外骨骼，结构非常复杂，但是成份却非常简单，和沙子一样都是二氧化硅

　　神奇的水果放电实验

　　这样的西红柿大家见过没？外面发光的其实是闪电。如何拍到这样的画面呢，我们通过一种叫基尔里安摄影术实验便可完成。首先在一个玻璃器皿底部覆盖一层食盐水，将西红柿的切面贴在容器底部，并将高压发生器的两端分别连接西红柿和食盐水，便会产生这样的放电现象。

　　不光西红柿可以放电，我们团队还“折磨”了很多其他的水果：橘子、苹果，拍出的图片都非常漂亮。

高压放电

　　认知层面的美

　　刚才展现的化学的美、生命形态的美、放电的美，这些美都是感官层面的，是一种感性的美。但科学的美不仅仅停留在感性层面，更多的是在理性的层面，曼彻斯特大学Brain Cox教授说过一句话：“The world is beautiful to look at but it’s even more beautiful to  understand”翻译过来就是我们能感受到世界是很美的，世界有很多很美的景色，一旦我们能知道它运作的规律，我们能理解自然的话，我们会发现它更美。这种美便是一种理性的美，是一种认知层面的美。科学知识不但能帮助我们更深入地理解自然的美丽和伟大，还会引发我们提出更多问题，激励我们在未知领域进行探索。

　　热成像之美

　　只要是温度不是绝对零度，物质都会发出红外线，温度越高发的红外线越强，温度越低的发的红外线越弱。如果我们可以捕捉红外线，就能转化成物体表面的温度信息。

　　接开水如果在红外热成像下是什么样的，假设我们的眼睛可以看到热，大概是这个样子。

热成像下的荷花

　　在热成像的下可以看到荷花是很热的，尤其是中间温度可达32到34度。那么它是如何把自己加热的，为什么要放热？科学家认为通过此举可以吸引到传粉的昆虫。

　　除此之外，美丽科学团队还创办了“嗨！元素”、“小学科学互动教学资源”、  “科学绘本”等栏目，通过提供更多优质内容，让更多的小孩子在一开始认识科学的时候，就可以明白，科学是一件如此美丽的事情。

　　未来论坛是中国唯一的商学跨界的科学传播公益平台，不仅是科学面向公众的  “传播人”、科学界和商业界的“对接人”、更是以民间资本激励科学突破的“推动人”。在未来论坛主办的理解未来讲座上，新浪科技就“美丽化学”项目、“科学可视化”等问题对梁琰进行了专访。

　　1：谈到化学，大家的反应是繁重的课业和枯燥的公式和定律，但您的工作却让大家觉得：化学原来如此美丽。您对你的工作是如何定义的，或者有什么介绍能让大家一下子就记住您的工作？

　　梁琰：我认为科学是很美好的，我们的工作就是用最适合的方式，将科学中的物体、概念、数据、现象和过程等进行可视化呈现和艺术加工，最后把这种美好的东西展现给观众。我们特别想能让大家知道，科学其实是非常酷的，希望我们的工作能够激发大家对于科学的兴趣，让大众觉得化学反应方程式原来可以这么美。

　　2：您是如何走上“科学可视化”这条道路？在微观拍摄过程中，有哪些让您记忆犹新的事情？

　　梁琰：大学时我对漂亮的图像以及动画设计非常感兴趣，就学了一些计算机图形图像软件，加上我本身是做科学的，所以我一直在尝试，能否把兴趣和专业相结合。比较幸运的是，在我博士毕业后，遇到一个比较好的机会，加入了波士顿一家科学可视化公司， 回国后也继续从事这方面工作了。

　　在微观拍摄的时候，有点像进入到另外一个世界一样，当物质放大到一定程度之后，很多景象是让人想象不到的，我们在近距离拍摄的化学反应时，就很美妙，我们做的事情就是把它记录下来。然后后期进行一些加工，比如加上音乐等，让大家在观看时有更好的体验。发现一些没有人见过的东西，做一些其他人没有做过的事情，本身就有很大震撼力，希望有更多的人能看到我们的作品。

　　3：想要拍出比较好的“科学可视化”作品，应该需要具备哪些条件？或者说对于普通人，想要尝试这种拍摄，是否可行？

　　梁琰：一方面对器材和技术有一些要求，需要一些特殊的设备，比如说显微镜、红外热成像相机等。另外一方面还得有科学背景，要明白自己要拍什么，要怎么拍，如何来准备样品等。比如一个自然风光摄影师，他可能知道要在某个特定的时刻光可能是最漂亮的。同样对于我们来说，我们需要知道，在什么样的条件下能够拍出什么样的作品，所以需要你有一定科学的基础。

　　普通人想尝试的话，现在最好的一个方式，就是在手机上加一个镜头，把手机变成一个简易“显微镜”，来进行拍摄。

梁琰团队制作的杂志封面

　　4：国外是如何做“科学可视化”作品的？他们都有哪些手段，达到了什么效果？与国外相比，我们的差距和发展空间是什么？

　　梁琰：整体来讲，这其实是一个比较小的行业。但国外对“科学可视化”作品需求量更大一些，他们有很多的科学纪录片都需要特殊摄影。国外很多制药公司对这方面也很重视，比如一些新药出来后，他们会通过“科学可视化”手段来帮他们展示药物在细胞内的作用机理。

　　我们国内现在正在发展这个行业，技术手段和国外差不多，只是国外需求量大一些，基础比我们好一些。但是我国现在比较重视科普这方面。另外科研论文数量在不断地增加，一些科技论文杂志会邀请作者设计杂志的封面，这也是一类对科学可视化作品的需求。随着需求的增多，我相信以后国内的“科学可视化”会发展壮大起来的。

　　5：在艺术上，您的理念是什么？如果大家遇到分歧、意见不合，您是如何怎么统一不同意见？

　　梁琰：团队主要是以科学为主，运作模式是大家提出问题，然后团队一起来想办法解决。通过做实验、探索不同领域，最终目的是为了做出完美的作品。一旦团队有不同意见时，我们非常民主，把大家召集一块，每个人聊一聊自己的想法，互相补充，然后选出最好的方案，最终达成一致。

“嗨！元素”栏目

　　6：我们现在是把一些化学反应做成了可视化的视频，会不会考虑在其他学科也做一些东西？  

　　梁琰：我们前面出发点是化学反应，我们在美丽化学上能取得成功，一方面是没有人做过类似的东西，第二点是在大家的潜意识里，化学是无聊枯燥的，所以当看到一个完全不一样的呈现方式时，传播效果是很不错的。

　　但我觉得团队不能一直总去在做化学的东西，所以我们也在不断地探索新的方向，科学本身也提供了不同的可能性，比如生命科学、物理科学等，都有各种各样的不同的东西，每个学科都有不同的特点，另外我们也在做相关的拓展，创办了“嗨！元素”、“小学科学互动教学资源”、  “科学绘本”等栏目，为大家提供更多的优质内容，将科学可视化之路进行到底。

       科学的认识始于问号和悬念，正是问题的存在，激励人们去进行科学探讨。问号和悬念的解决必然带来一种科学性的满足，正如居里夫人说过的，科学工作中能达到“至美”往往是具有强烈科学好奇心的人，并在自己的学习实践中不断提出和解决问题，领悟自然界的内在秩序与和谐图景，享受这“至美”的乐趣，形成科学美感。