独占：物理データから作られたシモン・ジョーンズの曲「Alchemy」を聴く

はるか遠くの宇宙で 2 つのブラックホールが衝突した後、地球ではその音が静かな「ピン」という音として聞こえました。まるで水滴のような音です。木星の雷は、崖から落ちる漫画のキャラクターのように下降音として鳴ります。恒星や惑星から極小の素粒子まで、かつては沈黙していた天体が、口笛を吹いたり、さえずったり、歌ったりしています。

しかし、科学者は、それらの音を音声化しなければ聞くことができません。音声化とは、情報を音として表すことであり、その情報は音と何らかの形で関連しているかどうかは関係ありません。最も理解しにくい物理的概念を、より幅広い聴衆に受け入れられる情報に変換する長い歴史があります。しかし、一部の人にとっては、音声化は意味のないノイズです。そこで、ミュージシャンの Simonne Jones に、それらの音を私たち全員が楽しめるもの、つまり音楽に変換するよう依頼しました。

「錬金術」と題されたこの曲は、今年制作された重要な音響効果のいくつかを融合させたものだ。その中には、衝突するブラックホールの重力波のチャープ音や、世界最大の原子衝突装置である大型ハドロン衝突型加速器からのライブデータを音に変換して作り出した幽玄な音などが含まれている。

ジョーンズ自身も生物医学の学位を取得しており、今年 5 月に最新シングル「Gravity」をリリースしました。彼女は歌詞や制作において科学とサウンドを頻繁に融合させています。

「アルケミー」というタイトルは中世の科学の魔法的な認識に由来しており、これは今日でもしばしば当てはまる。「本質的には、私たちはこれらの神秘的な考えを世界の理解に変えようとしているのです」とジョーンズはポピュラーサイエンス誌に語った。科学者は錬金術師のように「魔術やタブーと簡単に混同されるような不気味なこと」をしている。ジョーンズは、「アルケミー」のような曲が科学を大衆の前に立たせ、人々がその考えにもっと慣れ親しむようになることを期待している。

「アルケミー」は物理学を巧みに表現し、「愛の黒魔術化学」の物語を語っているとジョーンズは言う。しかし、科学は曲の核心にまで浸透している。

音は、媒体、通常は空気を通して伝わる乱れにすぎません。音源は無数にあります。たとえば、スピーカーで曲を流すとします。スピーカーは空気分子に振動を与え、分子は激しく踊り、互いに衝突します。このダンスは分子が鼓膜に当たるまで続きます。脳は振動をビートや音符として認識し、ノイズに変換します。

音は惑星間や星間空間では一般的ではありません。音は、海の波が海を伝わる必要があるのと同じように、振動するガスなどの媒体がなければ伝わりません。

しかし、光波や重力波などの一部の波は、空間を移動することができ、音波と完全に一致する特性を持っています。周波数は、波がピークに達する頻度を測定します。私たちの耳は音波の周波数をピッチに変換しますが、私たちの目は光波の周波数を色に変換します。

振幅は波の高さを測ります。私たちの耳は音波の振幅を音の大きさに変換し、私たちの目は光波の振幅を明るさに変換します。これはまさにラジオの仕組みで、音を光波に変換し、再び音波に戻します。ただし、ラジオの波は虹をはるかに超える色なので、私たちの目では認識できません。

ただし、すべての音響化が波から生まれるわけではありません。サウンド シンセサイザーにどの音をどのくらいの音量で再生するかを指示できる限り、あらゆるデータをノイズにマッピングできます。コンピューターに「青い車が通過したら C、黒い車が通過したら D、赤い車が通過したら E を再生してください」と指示し、適切なタイミングで適切な組み合わせの車を送信することで「メリーさんの羊」を再生できます。

物理学者ハンス・ガイガーがガイガーカウンターを共同開発した1900年代以降、科学者は物理データを音に変換してきました。ガイガーは放射性元素からの放射線を読み取り、カチカチという音を出す方法を発見しました。それ以来、音化されたデータは物理学を大衆に説明するツールとなっています。

アイオワ大学のビル・カース氏もそうした音響装置を開発した一人だ。1979年のNASAボイジャー記者会見で、彼は木星の雷が作り出した下降する笛のような音を再生した。雷の光波は木星の磁場と相互作用して広がり、曲がった。

一般の人々にグラフを見せると、「突然、彼らの目は曇り、混乱してしまいます」とカース氏はポピュラーサイエンス誌に語った。「しかし、音を再生できれば、そしてそれが宇宙船に座ってヘッドホンを差し込んだときに聞こえる音とほぼ同じであれば、彼らは月の画像を見るのと同じように、そのグラフに共感できるのです。」

今年、彼のチームは再び木星からの音を作り出し、木星の磁場が太陽から噴出する粒子と相互作用して発生するソニックブームのようなもの、木星の弓状衝撃波を記録したジュノーが収集したデータを音響化した。

「Alchemy」では、キーボードのバックトラックで別の種類の波、つまり LIGO (レーザー干渉計重力波観測所) の科学者たちがこの冬に発表した重力波の音をサンプリングしています。

100 年前、アインシュタインは、重力が宇宙を小さな乱れとして伝わり、空間の伸縮を引き起こすと予測しました。LIGO では、2 つに分割されたレーザーの 1 つの部分が L 字型のトンネルに送られ、重力波が通過するときにもう 1 つの部分と位相が合ったりずれたりします。揺れるレーザーによって、科学者は重力波の周波数と振幅、つまり空間の波紋の頻度と強さを検出できます。周波数と振幅がわかれば、波をコンピューターに投げ込んで音に変換できます。

LIGOの科学者たちが2月に観測した重力波は、太陽の29倍と36倍の重さを持つ2つのブラックホールから発生したもので、互いに螺旋状に衝突して、はるかに大きなブラックホールを形成している。

LIGO は、これらの波の振幅を、原子を構成する粒子である陽子のごく一部の大きさの乱れとして記録したため、科学者は当然、その振幅をはるかに大きくする必要があった。また、LIGO の信号は、一般の人が認識するには少し小さすぎた。

「私たちはコンピューターを使って信号を操作し、周波数を上げて、耳に心地よく聞こえるようにしています」とカリフォルニア工科大学の物理学教授で LIGO 研究者のアラン・ワインスタイン氏は言う。それでも同氏は、「LIGO での科学伝達において、音響化のこれ以上興味深い応用法は思いつきません」と語る。

「Alchemy」にも、私が挙げた「メリーさんのひつじ」と同様のソニフィケーションが採用されています。曲の冒頭で聞こえる、空気のような、宇宙的なノイズは、MIT の研究者による Quantizer プロジェクトによるもので、大型ハドロン衝突型加速器での衝突で生じた粒子を音に変換します。LHC データには、粒子の種類とエネルギーに関する情報が含まれています。Quantizer チームは、粒子が通過した検出器の部分と音階の音符を関連付けるマップを作成し、特殊なオーディオ ファイルを作成しました。ミュージシャン、この場合は MIT 卒業生の Evan Lynch が、このファイルを読み取って可聴音符を作成するシンセサイザーまたはコンピューター プログラムを作成できます。

CERN と LIGO の音は主に広報活動を目的としています。私が話を聞いた科学者のほとんどは、音を聞いて「あのブラックホールは太陽の約 30 倍の大きさだった」と言うことはあまりできないことに同意しました。

しかし、こうした音は研究者がデータを理解し、関連付けるのに役立つと考える人もいる。「この情報を脳に取り込むために、さまざまな感覚を使わない理由はないと思います」と、マンチェスター大学ジョドレルバンク天体物理学センターの音響分析者で副所長のティム・オブライエン氏は言う。「実際に、データに対する感じ方が変わることがあります。専門家ではない人を惹きつけるだけではありません。視覚的な表現では気づかなかった何かを実際に聞くこともあります。」

アウトリーチは依然として重要だ。「アルケミー」は難しい科学用語を避けており、「科学に詳しくなく、専門用語が分からない人は、この曲が物理学への賛歌だと一目では分からないかもしれない」とジョーンズは言う。それでも彼女は、この曲と自分の作品が、より実存的な考えがいかに思想家を団結させるかを示す手段だと考えている。

「錬金術師、科学者、芸術家が作品の中で理解し、解決しようとする疑問は、私たちは誰なのか、どこから来たのか、なぜここにいるのか、そしてそのすべてが何を意味するのかということです」と彼女は語った。「それが、科学と音楽の融合が私の芸術的プロセスに影響を与えたと私が感じる大きな理由です。それは一見過激なこれらの分野の集大成ですが、宇宙の秘密を解明しようとする同じ疑問から生まれています。」