纽约时报第二届STEM写作比赛获奖文章: 木琴小提琴 一种不同的时间机器

木琴小提琴:一种不同的时间机器

高耸的音乐厅墙壁上充满了期待,观众们屏住呼吸。突然,一段温暖多彩的旋律响起,磅礴的声音充满了整个建筑。

这就是世界上最著名的小提琴——斯特拉迪瓦里琴的神奇之处。斯特拉迪瓦里琴是250多年前由意大利制琴师安东尼奥·斯特拉迪瓦里制作的。今天,这种价值数百万美元的小提琴只剩下几百把了;用于性能的就更少了。但如果我们能穿越回过去,找到重制它独特声音的方法呢?

多年来,许多人都试图找出并重现是什么让这种乐器如此特别。然而,对于小提琴家来说,斯特拉迪瓦里琴仍然更胜一筹。然而,最近科学家们发现了斯特拉迪瓦里火山如此难以复制的原因之一——全球变暖。

来自Empa应用木材材料实验室的科学家弗朗西斯·w·m·r·施瓦茨解释说:“如今,树木生长得比17世纪某个特定的寒冷时期更快、更不均匀,当时斯特拉迪瓦里的仪器所用的木材被砍伐了。”

在寒冷的气候下,来自欧洲云杉的木材是均匀的:完美地创造了一个具有统一结构的乐器。如今,随着全球气温的升高,云杉生长的木材密度越来越大。这对乐器的振动也被称为声波的特性产生了负面影响。

声波就像微小的海浪一样,有不同振幅的波峰和波谷。当声波穿过琴板的振幅比琴弦上的力大时,乐器的声音发射就会增加。为了达到这个高的板振幅,用于仪器的木材必须有一个高的辐射比:声速和密度之间的比率。

为了让现代木材具备这一特性,施瓦兹博士设计了一种不同的时间机器——这一发明可以带我们回到木材生长和密度还未受全球变暖影响的时代。如何?通过利用一种不那么秘密的活武器:白腐真菌来重现低温对木材的影响。

在三个月的时间里,施瓦茨博士让这些分解者尽情享用木材,直到木材的细胞萎缩,让木材达到最佳密度,而不会在很大程度上影响声音在木材中的传播速度。结果呢?更高的辐射比使新创造的“真菌”更接近于斯特拉迪瓦里使用的共振木——事实上,这足够接近,以至于在盲测中大多数听众都把经过真菌处理的小提琴误认为是原来的斯特拉迪瓦里小提琴!

有了这些积极的结果,这项技术可以为音乐家们提供高质量木材制成的乐器,即使原始材料已经丢失。

我们试图重现许多因气候变化而消失的东西,从斯特拉迪瓦里河精致的木材到美丽的自然景观。虽然我们无法恢复一切,但像施瓦茨博士这样的研究人员正在继续寻找恢复过去的方法,同时我们继续为更可持续的未来而战斗。

Works Cited

Belluck, Pam. “A Strad? Violinists Can’t Tell.” The New York Times, 21 Feb. 2021.

Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology. “Biotech Violins.” Newswise, 16 Feb. 2018.

Garisto, Dan. “Sound Ways — Literally — to Move and Filter Things.” Science News for Students, 6 Dec. 2019.

Schwarze, Francis W.M.R. and Hugh Morris. “Banishing the Myths and Dogmas Surrounding the Biotech Stradivarius.” 16 April 2020.

“Stradivarius Violins.” Smithsonian.

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