作为一名在小于分子尺度上工作的实验影像创作者，我身边围绕着各种各样的科学可视化图像。
在阅读有关科学发现的大众媒体时，我有时会遇到这样的说法：某个特定的科学可视化图像实际上是一张照片，例如：“史上首张氢原子内部的照片”。
照片是由光子从物体上反射并撞击感光表面（如胶片或数字传感器）所形成的图像。由于光携带有关形状、质地和颜色的信息，照片是保留了原物某种相似性的再现（即物体的图像）。
然而，我们生活在一个后摄影时代；在这个时代，可视化以不同的方式“看见”数据和科学现象。
以下可视化作品涵盖从地质到量子的各种尺度。它们采用的技术清晰地展示了摄影与科学可视化两种过程之间的巨大差异，在某些情况下，也展示了二者融合的潜力。
1. 距地球700公里高空俯瞰的澳大利亚
Grayson Cooke 是一名使用近地轨道卫星数据的媒体艺术家。这些卫星配备有记录电磁辐射的传感器，包括紫外线、红外线和可见光波段。
这幅静态图像取自Cooke的Open Air项目，由跨越一年在卡奔塔利亚湾上空拍摄的多帧图像组成，并结合了红外和可见光波段。
这幅图像可以被视为部分照片，因为它部分是利用可见光制作的。但它也是部分数据可视化，因为它利用了不可见的红外辐射，即被赋予了颜色这一可见属性的数据。
2. 发出荧光的大鼠视网膜
共聚焦显微镜是一种利用荧光染料的技术。这些荧光染料是附着有荧光分子的商业化生产抗体，可特异性结合生物样本中的细胞和组织蛋白。荧光分子在被显微镜的激光激发时变得可见，并可使用光电探测器或相机进行成像。
在这个大鼠视网膜的示例中，研究人员针对不同的细胞表面蛋白进行了标记，并使用带有有色分子的抗体来区分视网膜中的细胞类型，从而揭示了组织的分层结构。该图像是荧光分子的照片，而非组织本身的直接照片。
3. 原子力显微镜下的石墨烯
上图为石墨烯的显微图像。石墨烯是一种由多层碳晶格堆叠而成的物质，形如一叠纸张。该图像是使用原子力显微镜拍摄的。
显微成像传统上是一种直接的光学图像捕获过程。光波从物体上反射，并经显微镜中的透镜放大，使观察者能够直接观察放大状态下的细节。
然而，这一过程不适用于纳米尺度（纳米是十亿分之一米）上的现象。可见光谱中的光波过大，无法照射到尺寸小于400纳米的物体，因此无法被反射回来并由光学显微镜捕获。纳米是十亿分之一米。
原子力显微镜采用另一种检测方法：其探针在功能上类似于电唱机上的唱针，通过在样品表面扫描并“触摸”来探测。
探针尖端的锐度通常只有几纳米宽，决定了显微图像的分辨率。这使得人们能够可视化比光学手段所能探测到的任何对象都更小的现象。
仪器产生的空间数据（对应于深度、宽度和高度的数值）通过多种仪器和计算过程进行转换，从而生成显微图像。这一过程将触觉数据转化为视觉数据。
4. 蛋白质散射的X射线
X射线散射模拟是确定分子形态的常用技术。本例展示了一种蛋白质（称为GroEL）的X射线散射图样模拟，该蛋白直径约为60,000个原子（10纳米）。
这类可视化图像是在X射线束照射蛋白质样本时生成的。X射线会根据其与蛋白质中原子的相互作用而散射并改变方向。这些原子在某些区域的密度可能较高，在其他区域则可能较低。
X射线散射图样可以被测量并逆向推算，从而确定产生这些图样的蛋白质结构。晶体学家利用计算分析来还原该蛋白质的三维结构。
5. 分子的理论图像
这是氟苯分子在25℃下的计算图像。
计算图像用于确定分子在与光相互作用时，其旋转过程中发生的变化。这些图像基于实验数据生成，计算中的信息会不断调整，直至计算得到的图样与实验图样相吻合。
该图像是一张概率图，显示分子吸收和发射光的可能性，人工着色即依据该可能性进行分配。这取决于分子的形状、分子内部的原子振动以及分子在空间中的旋转。
该图像由一系列水平的一维图像构成，这些图像堆叠在一起形成二维图样。沿着任一系列中的点追踪，就如同沿着一个能级阶梯前进，对应于分子最初的旋转量。
若分子温度较低、旋转较慢，这些系列就较短；而温度较高、旋转较快的分子则会形成更长的点列。
6. 粒子的气泡径迹
气泡室是一个充满加压液体的圆柱体，粒子穿过时会使液体形成气泡。粒子本身无法被拍摄，但这些气泡径迹可以。
粒子束进入气泡室，所形成的气泡被允许生长至约1毫米，随后从多个角度拍摄闪光照片。
通过观察这些“图像”是如何构成的，我们可以看到，它们在传统意义上往往并不能真正被称为图像。
数据可视化并非捕捉“事物看起来如何”，而是将某一特征转化为视觉形式，或找到一个可被可视化的物理过程。
与这些复杂的小尺度科学现象图像并存的，还有数值数据、表格、图形表示和解释。因此，或许确实如此：科学可视化本身无法呈现“事物是什么”，而只能让人对“事物是什么”产生一种感知。
