元素的聲音——週期表鍵盤 開創「聲化」新紀元

文/MUZIK

以往人類常常自認是地球上唯一擁有創造語言、文字、音樂能力的物種。但隨著科技的進步，我們才發現除了動物們會用聲音溝通，連植物、甚至細菌，都會發出聲音。如今，非只生物，連無生物都能讓人「聽見音樂」——W. Walker Smith就在美國化學組織（American Chemical Society）2023年的春季聚會上，用能將訊息轉為音波的「數據超聲化」（data sonification）技術，把週期表上的每個元素轉譯為聲音，藉此打造出新的「樂器」——可謂「聲化」的另類新詮。

這套技術的基礎，是建立在光譜分析上，也就是藉著觀察某種物質受到激發時射出的光線，來鑑別物質、確認其化學組成的方法。每樣物質的光譜樣貌，取決於溫度、組成原料等差異，而每個元素在光譜上發光的位置各有不同，透過仔細測量，科學家就能得到關於受測物的許多訊息。地質學家能夠了解礦物的成分、天文學家可以推測遠方星體大氣或表層的組成，靠的都是光譜分析。

用數據超聲化把週期表上每個元素的光譜轉成聲音，本身並不是什麼新鮮事，科學家此前就已創建了元素的聲學表徵。但表上偏「重」的元素，緣於資訊量龐大，做出來的聲音相對吵雜，因此以往都把焦點擺在最亮的波段、把它們分配給單一音符，就像把一首曲子的音量調低，雖然避免了「爆音」，可是能聽的就只剩下最響亮的片段。

為求盡可能地保留信息，Smith打造了自動把光譜資料轉為聲音的新軟體，它能截取波長，並依據頻率與亮度給出正弦波。如此轉換出來的頻率當然常常超過人類的聽覺閾限，所以Smith會再將頻譜縮小到人耳能夠感知的範圍，由此打造出超越以往層次的化學鍵盤——在元素表上排，像氫、氦等比較輕的元素，是一些音符的集合，類似一條繩索；隨著音階爬升，比較重的元素聽起來就會是成百上千個頻率混合起來的不和諧音；其它的元素聽起來則像響亮和諧的合唱團歌聲——所以如果要用這套音階來創作熱門音樂，可能就得注意避開某些「元素」了。

不過若以化學、而非音樂的角度來說，這套技術最大的潛力，其實在於提供了一種新的研究方式：以視覺進行光譜分析，會遇到線條混合交疊、難以辨認的狀況；與之相較，音樂更加直覺，人們就算不知原因，或許也能指出某些元素發出的聲音有什麼不同。未來，科學家有望開發聲學工具，來分析遙遠星體的光譜，從而簡化探索世界的歷程——屆時，人類如果發現了外星生物或其它宜居行星，可能就是在看到它們的樣貌之前，已經先聽到它們的聲音了。

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