À quoi ressemblent les éléments ?

En chimie, nous avons He, Fe et Ca, mais qu’en est-il de do, re et mi ? Les mélodies d’une beauté envoûtante ne sont pas les premières choses qui viennent à l’esprit lorsque l’on regarde le tableau périodique des éléments. Cependant, en utilisant une technique appelée sonification des données, un récent diplômé universitaire a converti la lumière visible émise par les éléments en audio, créant des sons uniques et complexes pour chacun. Aujourd’hui, le chercheur rapporte le premier pas vers un tableau périodique musical interactif.

Le chercheur présentera ses résultats lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2023 est une réunion hybride qui se tiendra virtuellement et en personne du 26 au 30 mars.

Auparavant, W. Walker Smith, le seul chercheur du projet, a pris ses passions combinées de la musique et de la chimie et a converti les vibrations naturelles des molécules en une composition musicale. « Ensuite, j’ai vu des représentations visuelles des longueurs d’onde discrètes de la lumière émises par les éléments, tels que le scandium », explique Smith. « Ils étaient magnifiques et complexes, et je me suis dit : ‘Wow, je veux vraiment les transformer en musique aussi.' »

Les éléments émettent de la lumière visible lorsqu’ils sont sous tension. Cette lumière est composée de plusieurs longueurs d’onde individuelles, ou de couleurs particulières, avec des niveaux de luminosité uniques pour chaque élément. Mais sur le papier, les collections de longueurs d’onde pour différents éléments sont difficiles à distinguer visuellement, en particulier pour les métaux de transition, qui peuvent avoir des milliers de couleurs individuelles, explique Smith. Convertir la lumière en fréquences sonores pourrait être un autre moyen pour les gens de détecter les différences entre les éléments.

Cependant, créer des sons pour les éléments du tableau périodique a déjà été fait. Par exemple, d’autres scientifiques ont attribué les longueurs d’onde les plus brillantes aux notes simples jouées par les touches d’un piano traditionnel. Mais cette approche a réduit la riche variété de longueurs d’onde libérées par certains éléments en quelques sons seulement, explique Smith, qui est actuellement chercheur à l’Université de l’Indiana.

Pour conserver autant que possible la complexité et la nuance des spectres d’éléments, Smith a consulté des mentors du corps professoral de l’Université de l’Indiana, notamment David Clemmer, Ph.D., professeur au département de chimie, et Chi Wang, DMA, professeur au École de musique Jacobs. Avec leur aide, Smith a construit un code informatique pour l’audio en temps réel qui a converti les données lumineuses de chaque élément en mélanges de notes. Les longueurs d’onde de couleur discrètes sont devenues des ondes sinusoïdales individuelles dont la fréquence correspondait à celle de la lumière et leur amplitude correspondait à la luminosité de la lumière.

Au début du processus de recherche, Clemmer et Smith ont discuté des similitudes entre les modèles de vibrations lumineuses et sonores. Par exemple, dans les couleurs de la lumière visible, le violet a presque le double de la fréquence du rouge, et en musique, un doublement de fréquence correspond à une octave. Par conséquent, la lumière visible peut être considérée comme une « octave de lumière ». Mais cette octave de lumière est à une fréquence beaucoup plus élevée que la gamme audible. Ainsi, Smith a réduit les fréquences des ondes sinusoïdales d’environ 10-12, ajustant la sortie audio dans une plage où les oreilles humaines sont les plus sensibles aux différences de hauteur.

Parce que certains éléments avaient des centaines ou des milliers de fréquences, le code permettait à ces notes d’être générées en temps réel, formant des harmonies et des motifs de battement au fur et à mesure qu’ils se mélangeaient. « Le résultat est que les éléments les plus simples, tels que l’hydrogène et l’hélium, sonnent vaguement comme des accords musicaux, mais les autres ont une collection de sons plus complexe », explique Smith. Par exemple, le calcium sonne comme des cloches sonnant avec un rythme résultant de la façon dont les fréquences interagissent les unes avec les autres. L’écoute des notes de certains autres éléments a rappelé à Smith un bruit de fond effrayant, semblable à la musique utilisée dans les films d’horreur ringards. Il a été particulièrement surpris par l’élément zinc, qui malgré un grand nombre de couleurs, sonnait comme « un chœur angélique chantant un accord majeur avec vibrato ».

« Certaines des notes sonnent faux, mais Smith est resté fidèle à cela dans cette traduction des éléments en musique », explique Clemmer. Ces sons décalés, connus musicalement sous le nom de microtons, proviennent de fréquences qui se trouvent entre les touches d’un piano traditionnel. D’accord, Wang déclare : « Les décisions concernant ce qu’il est essentiel de préserver lors de la sonification des données sont à la fois stimulantes et gratifiantes. Et Smith a fait un excellent travail en prenant de telles décisions d’un point de vue musical.

La prochaine étape consiste à transformer cette technologie en un nouvel instrument de musique avec une exposition au WonderLab Museum of Science, Health, and Technology à Bloomington, Indiana. « Je veux créer un tableau périodique musical interactif en temps réel, qui permette aux enfants et aux adultes de sélectionner un élément et de voir un affichage de son spectre de lumière visible et de l’entendre en même temps », explique Smith. Il ajoute que cette approche basée sur le son a une valeur potentielle en tant que méthode d’enseignement alternative dans les salles de classe de chimie, car elle est inclusive pour les personnes ayant une déficience visuelle et différents styles d’apprentissage.

Le mardi 28 mars à 15h00, lors de la réunion du printemps 2023 de l’ACS, Smith présentera également « The Sound of Molecules », un spectacle qui présentera des clips audio de quelques-uns des éléments, ainsi que des « compositions ». de plus grosses molécules.