Nhà vật lý lượng tử khiêu vũ cùng robot

Vật lý, khiêu vũ, robot và du hành vũ trụ tưởng chừng là những khái niệm hoàn toàn tách biệt. Nhưng thực ra chúng có thể gắn kết với nhau một cách hài hòa và tuyệt đẹp như trong câu chuyện của một con người đặc biệt, Merritt Moore.

Merritt Moore, một cô gái trẻ, đã tạo nên một con đường sự nghiệp độc đáo với tư cách vừa là nhà vật lý lượng tử vừa là vũ công ba lê chuyên nghiệp. Theo cô, sự đồng hành của khoa học và nghệ thuật đem lại cơ hội cho cô có thể khiêu vũ với robot và vui chơi trong nghiên cứu. Đây là điều vô cùng quan trọng với cô.

Vậy người ta có thể coi cô là một nhà khoa học hay là một nghệ sĩ? Chúng ta bối rối trước câu hỏi này bởi ngay từ rất sớm, chúng ta đã được dạy để phân biệt rạch ròi hai lĩnh vực này. Nhưng nếu trong trường hợp tất cả chúng ta đều có một chút phẩm chất của cả hai lĩnh vực đó thì sao, thật khó tưởng tượng?

Thực ra, khoa học và nghệ thuật có nhiều điểm tương đồng hơn chúng ta nghĩ, bởi cả hai đều đòi hỏi sự phối hợp của tư duy phân tích và trí tưởng tượng. Là một nhà vật lý lượng tử và đồng thời là một vũ công ba lê chuyên nghiệp, Moore đã cố gắng đi ngược lại quan điểm phân loại rạch ròi mình là nhà vật lý hay là một vũ công. Thật vậy, các hoạt động của cô trong cả hai lĩnh vực nghiên cứu và nhảy múa là bằng chứng cho thấy bạn có thể lập nghiệp cùng lúc trong cả khoa học và nghệ thuật. Moore có bằng tiến sĩ về quang học lượng tử tại Đại học Oxford ở Anh và cũng đã từng tham gia biểu diễn trong các vở diễn kinh điển với nhiều vũ đoàn ba lê có đẳng cấp thế giới.

Giữa hai thế giới

Khi được hỏi sâu hơn về điều này, Moore nói “Chắc chắn rồi, sứ mệnh của tôi là chứng minh rằng khoa học và nghệ thuật không chỉ tương thích với nhau – điều thường đã gây ra nhiều tranh cãi – mà hơn thế, cả hai thực sự cần thiết phải có sự kết hợp với nhau”. Bản thân Moore từng phải đối mặt với sự hoài nghi về ý tưởng này nhưng cô dùng phương pháp thực nghiệm để chứng minh quan điểm của mình: chứng minh niềm tin của mình bằng hành động hơn là chỉ thuyết phục mọi người bằng lý thuyết. Hiện nay, Moore là giáo sư kiêm nghệ sĩ tại Đại học tư thục ở Abu Dhabi thuộc Các tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất. Công việc của cô là dạy một khóa học về robot đồng thời khám phá việc khiêu vũ với robot. Cô cũng tham gia khiêu vũ chuyên nghiệp với Boston Ballet (một công ty múa ba lê cổ điển chuyên nghiệp của Mỹ có trụ sở tại Boston) mặc dù nó ở bên kia của quả địa cầu.

Múa tuân theo định luật chuyển động của Newton. Các khái niệm như mô-men xoắn, mô-men quán tính và khối tâm cho phép Moore hiểu ở cấp độ phân tích cách cô có thể đạt được một số kiểu chuyển động nhất định với cơ thể mình, điều giúp cô hoàn thiện các bước nhảy nhanh hơn.

Từ khi còn là một đứa trẻ, sinh ra và lớn lên ở Los Angeles, California, Moore đã thích các câu đố. Cha mẹ cô đã tạo cho cô cảm hứng coi toán học như một trò chơi thú vị hơn là làm các việc vặt trong nhà. Moore cũng nói rằng cha mẹ đã nuôi dưỡng trí tò mò của cô, khuyến khích cô đặt câu hỏi về thế giới xung quanh và khơi dậy niềm yêu thích của cô đối với khoa học. Cô nhớ lại: “Tôi bị cuốn hút bởi vật lý vì nó giống như một câu đố và liên quan đến thế giới thực tại.” Sau đó, ở tuổi 13, Moore tham gia lớp học khiêu vũ đầu tiên và phát hiện ra niềm đam mê thứ hai của mình. Cô nói: “Việc chuyển sang âm nhạc thật tự nhiên và tôi yêu thích nó.” Kể từ đó, cô dành mọi thời gian rảnh rỗi để khiêu vũ hoặc học tập. Cô nhận thấy việc lúc thì học lúc thì nhảy múa thật vô cùng hữu ích: nếu ngồi học mệt thì đứng dậy nhảy múa; nếu nhảy múa mỏi thì lại ngồi học. Ban đầu, bản thân Moore không phải lúc nào cũng tin rằng mình có thể tiếp tục làm cả hai việc. Khi bắt đầu theo học ngành vật lý vào năm 2006 tại Đại học Harvard ở Mỹ, cô đã nghĩ rằng mình sẽ phải bỏ khiêu vũ. Tuy nhiên, trong năm đầu tiên ở trường đại học, cô đã duy trì nó như một hoạt động ngoại khóa, và đã suy nghĩ lại về quyết định bỏ khiêu vũ của mình. Cho rằng nếu muốn có cơ hội khiêu vũ chuyên nghiệp thì phải bắt đầu ngay từ lúc này, Moore đã thử việc tại các công ty múa ba lê. Năm 2008, cô được nhận vào Ballett Zürich – một công ty múa ba lê chuyên nghiệp lớn nhất ở Thụy Sĩ – và nghỉ học một năm để tham gia khiêu vũ tại công ty này.

Khi trở lại Harvard vào năm 2009 để tiếp tục học đại học, Moore một lần nữa cho rằng mình sẽ từ bỏ khiêu vũ. “Tôi nghĩ, được rồi, tôi đã là một nghệ sĩ ba lê chuyên nghiệp nhưng giờ tôi còn muốn trở thành một nhà vật lý giỏi nữa và sẽ chỉ làm vật lý thôi,” cô nói. Nhưng rồi có thêm một cơ hội không thể bỏ qua đã đến với cô vào năm 2010, lần này là cơ hội mà cô có với Boston Ballet, nơi đã biểu diễn La Bayadère (vở ba lê nổi tiếng do biên đạo múa người Pháp Marius Petipa dàn dựng trên nền nhạc của Ludwig Minkus) và The Nutcracker (Kẹp hạt dẻ, vở ba lê nổi tiếng của hai nhà biên đạo múa là Marius Petipa và Lev Ivanov với âm nhạc của Pyotr Ilyich Tchaikovsky). Moore đã nghỉ học một học kỳ ở trường đại học, nhưng trong quá trình tập luyện ở Boston Ballet, cô vẫn đã thực hiện xong một dự án nghiên cứu về hạt fermion Majorana (là một hạt fermion đồng thời cũng là phản hạt của chính nó, được đưa ra năm 1937 trong một giả thuyết của Ettore Majorana) cùng với nhà vật lý Charles Marcus.

Theo đuổi sự nghiệp để trở thành một nhà vật lý hoặc một vũ công chuyên nghiệp đã là khó; đạt được cả hai là một tthách còn lớn hơn nhiều. Tuy vậy, Moore nhận thấy rằng, theo một cách nào đó, chúng thực sự bổ sung cho nhau.

Dĩ nhiên là Moore không có số giờ tập luyện nhiều như các vũ công theo học toàn thời gian tại các trường múa ba lê, nhưng kiến thức về vật lý đã giúp cô nâng cao quá trình luyện tập và làm cho nó hiệu quả hơn. Xét cho cùng, khiêu vũ tuân theo định luật chuyển động của Newton. Các khái niệm như mô-men xoắn, mô-men quán tính và khối tâm cho phép Moore hiểu ở cấp độ phân tích cách cô có thể đạt được một số kiểu chuyển động nhất định với cơ thể mình, điều giúp cô hoàn thiện các bước nhảy nhanh hơn. Cô cũng nhận thấy rằng việc có thể hình dung được chính xác các chuyển động của chân tay và cơ thể quả thực là sự hình dung vô giá để tối ưu hóa các bước nhảy của mình. Moore nói: “Hiểu biết sâu về vật lý, tôi có thể hình dung chính xác những gì đang diễn ra, điều đó thật tuyệt vời”.

Sức hút tượng tử

Sau khi tốt nghiệp Đại học Harvard vào năm 2011, Moore gia nhập nhóm nghiên cứu về Quang học cực nhanh (ultrafast optics) của GS. Lan Walmsley tại Đại học Oxford để làm nghiên cứu sinh theo chuyên ngành quang học lượng tử. Nhiều ứng dụng trong xử lý thông tin lượng tử và đo lường lượng tử đòi hỏi khả năng tạo ra các cặp chùm sáng tương quan. Moore đã tập trung vào các nguồn phát đơn photon đồng thời nghiên cứu khả năng áp dụng các trạng thái đa photon trong các thí nghiệm về xử lý thông tin lượng tử. Dề án thực nghiệm của Moore liên quan đến việc tạo ra một nguồn đơn photon ở bước sóng viễn thông 1550 nm. Việc phát triển và tinh chỉnh các công cụ như thế là cần thiết để truyền thông tin một cách an toàn trong các mạng máy tính lượng tử tiềm năng trong tương lai.

Khi khiêu vũ với con người, cô có thể nhìn thấy cảm xúc và tính cách của họ, và thật khó để tưởng tượng ra bất kỳ ai hay bất cứ điều gì khác, trong khi robot lại giống như một tấm phông trắng mà trên đó cô có thể có nhiều cơ hội thể hiện nhiều cảm xúc cá nhân hơn.

Việc nghiên cứu của Moore liên quan đến một hiệu ứng quan trọng gây ra bởi một chùm laser công suất cao khi nó được truyền qua một tinh thể phi tuyến. Tương tác của tinh thể này với ánh sáng không tỷ lệ tuyến tính với cường độ của chùm laser mà thể hiện các hiệu ứng phức tạp hơn, đặc biệt là khi chùm laser có cường độ cao. Trong những điều kiện thích hợp, các tinh thể phi tuyến có thể hấp thụ một photon có năng lượng cao rồi phát ra hai photon có năng lượng thấp hơn so với năng lượng của photon ban đầu và hai photon này bị rối lượng tử với nhau. Hai photon rối này sau đó có thể được tách riêng ra (chẳng hạn bằng bộ tách chùm phân cực) và cho truyền theo hai hướng khác nhau. Hiệu ứng phi tuyến như này không chỉ được quan tâm trong tính toán lượng tử mà còn hữu ích trong đo lường lượng tử, khi phép đo các đại lượng vật lý cần có độ chính xác cao dựa vào các phép đo về sự giao thoa giữa các photon.

Khiêu vũ cùng robot

Trong quá trình làm luận án tiến sĩ, Moore cũng đã tham gia khiêu vũ với Đoàn Ballet Quốc gia Anh, và khi sắp kết thúc chương trình nghiên cứu sinh, cô lại bắt đầu khám phá những sở thích khác của mình. Cô thậm chí còn được chọn là một trong 12 ứng cử viên xuất hiện trong chương trình của BBC năm 2017 có tên “Phi hành gia: Bạn có những gì nó cần không?”. Trong chương trình này, các ứng viên đã phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình lựa chọn phi hành gia, được đánh giá bởi các chuyên gia bao gồm cả phi hành gia Chris Hadfield.

Tuy nhiên, năm 2017, sau khi nộp luận án tiến sĩ, Moore quyết định dành vài năm cho múa ba lê, vì biết rằng sự nghiệp của một vũ công thường ngắn hơn sự nghiệp của một nhà khoa học. Sau đó, khi đang làm việc cho Vũ đoàn Ballet quốc gia Na Uy, một ý tưởng mới về việc hợp nhất hai thế giới của cô đã nảy sinh khi cô gặp Silje Gabrielsen – giám đốc thiết kế và đồng sáng lập của Hiro Futures, là công ty đang nghiên cứu tạo ra các kỹ năng xã hội nhân tạo cho người máy trong tương lai. Cuộc gặp gỡ tình cờ này đã truyền cảm hứng cho Moore thử nghiệm các chuyển động của robot. Ý tưởng này đã dẫn đến việc cô đảm nhận vai trò một nghệ sĩ múa tại Harvard ArtLab (Phòng thí nghiệm nghệ thuật và nghiên cứu của Đại học Harvard) vào tháng 1/2020 – với sự cộng tác của nghệ sĩ Alice Williamson – để nghiên cứu về việc biên đạo một điệu nhảy đôi giữa robot và con người. Rồi đại dịch COVID-19 bùng phát. “Tất cả các buổi biểu diễn khiêu vũ của tôi đều bị hủy bỏ,” Moore nhớ lại và nghĩ: “Chà, mình vẫn có thể khiêu vũ với robot – robot không mắc COVID!”

Ban đầu, Moore nghĩ rằng đây chỉ là một dự án ngắn hạn, làm cho vui thôi! Nhưng, thật ngạc nhiên, ba năm sau, nó lại trở thành công việc chính của cô. Với tư cách vừa là giáo sư vật lý vừa là nghệ sĩ, cô tiếp tục biên đạo các điệu nhảy của robot đồng thời hợp tác với các nhà nghiên cứu robot. Moore hy vọng rằng công việc như vậy sẽ tạo ra các sản phẩm và công cụ sáng tạo mới đối với sự thể hiện của con người, giúp cải thiện các hoạt động nghiên cứu về người máy và cũng mang lại cho cô kiến thức chuyên môn cần thiết về người máy để cô có thể trở thành một phi hành gia.

Thật thú vị, bạn nhảy của Moore bây giờ là một cánh tay robot công nghiệp do một công ty ở Đan Mạch chế tạo. Moore nhận ra rằng công việc này khơi gợi lại niềm đam mê thời thơ ấu của cô là thích giải các câu đố khó. Cô nói: “Cánh tay robot này có cách di chuyển khá thanh lịch, nhưng nó không có cả tay và chân, vì vậy nó rất thú vị, làm tôi bối rối không biết làm cách nào để khiến nó tạo ra chuyển động của hông hoặc chuyển động của đầu gối, và làm thế nào để nó bắt chước hoặc múa đôi một cách hòa điệu với mình.” Có nhiều cách có thể giúp Moore tương tác với bạn nhảy robot của mình. Trong các buổi biểu diễn, Moore có xu hướng lập trình trước các bước di chuyển của robot, vì cô muốn biết chính xác nó sẽ ở đâu để không va chạm với nó giữa chừng trong khi cùng múa. Mỗi lần trở lại phòng tập nhảy từ phòng thí nghiệm nghiên cứu, Moore lại hoàn thiện hơn sự tương tác của mình với bạn nhảy robot. Cô có thể sử dụng các thiết bị theo dõi chuyển động của mình bằng thiết bị ghi lại chuyển động hoặc bằng hệ thống theo dõi thực tế ảo. Điều đó cho phép robot tự phản ứng đối với các chuyển động của cô. Ngoài ra còn có tùy chọn AI (trí tuệ nhân tạo), theo đó các chuyển động được ghi lại và sử dụng làm dữ liệu để cung cấp cho AI và AI sẽ đưa ra một quy trình mới cho robot.

Thật không ngờ là Moore đã có một số khám phá bất ngờ cho chính mình thông qua dự án này. Đáng chú ý là với cô khiêu vũ với robot thường mang lại nhiều cảm xúc hơn so với khiêu vũ cùng những người khác. Cô đã không lường trước được điều này, nhưng bây giờ cô nghĩ rằng nó có ý nghĩa. Khi khiêu vũ với con người, cô có thể nhìn thấy cảm xúc và tính cách của họ, và thật khó để tưởng tượng ra bất kỳ ai hay bất cứ điều gì khác, trong khi robot lại giống như một tấm phông trắng mà trên đó cô có thể có nhiều cơ hội thể hiện nhiều cảm xúc cá nhân hơn. Moore lý giải: “Đó có thể là một ký ức khác về một người thân quá cố và rất đặc biệt đối với tôi hoặc là một khoảnh khắc mà tôi đang muốn hồi tưởng, và cũng có thể là một nỗi sợ hãi hay một sự phấn khích về tương lai.” Cô nói thêm: “Vì vậy, thực sự là theo một cách kỳ lạ, những điệu nhảy của tôi với thứ trông rất khô khan này lại trở thành những tác phẩm mang tính cá nhân nhất mà tôi từng thực hiện”.

Những bước nhảy vọt của trí tưởng tượng

Là một nhà khoa học đồng thời cũng là một vũ công sử dụng công nghệ trong nghệ thuật, Moore có quan điểm độc đáo về tác động của công nghệ – đặc biệt là AI – đối với những nỗ lực sáng tạo. Nhưng cô không tin rằng robot sẽ thay thế con người mà nghĩ rằng chúng có thể là những công cụ biểu đạt mới của con người. Moore tin rằng, sự trỗi dậy của AI cũng làm nổi bật tầm quan trọng của việc học cách đặt câu hỏi đúng. Xét cho cùng, chúng ta có thể sử dụng công nghệ để giúp tìm ra câu trả lời, nhưng những câu trả lời đó sẽ chỉ hữu ích nếu chúng ta có óc sáng tạo để đưa ra những câu hỏi thú vị ngay từ đầu. Moore nói: “Tôi nghĩ rằng ngày nay quyền tự do sáng tạo đôi khi bị mất đi trong thế giới khoa học. Tôi cảm thấy, trong giáo dục khoa học, dường như người ta đưa cho chúng ta một cuốn sách giáo khoa và nói ‘Phương trình đây. Hãy học cái này và ghi nhớ cái kia’. Nhưng nếu chúng ta nhìn lại những bước đột phá lớn thì đó lại chính là khi mà ai đó đã thực sự sáng tạo với trí tưởng tượng phong phú và toàn quyền tự do đặt những câu hỏi vượt trội phi thường.” Theo hướng này, một trong những phương châm yêu thích của Moore là “vui chơi là hình thức nghiên cứu cao nhất”. Và trong khi vẫn thích khiêu vũ với robot, Moore có rất nhiều ý tưởng khác để kết hợp các niềm đam mê của mình.

Lấy cảm hứng từ trải nghiệm khi tham gia chương trình “Phi hành gia” như đã nói ở trên, Moore thậm chí còn có ước mơ một ngày nào đó sẽ được khiêu vũ trên Mặt trăng. Cô khuyên các sinh viên đang làm việc với mình: “Tôi thực sự tin rằng nếu bạn chơi hết mình và nếu bạn có đam mê thực sự, thì những điều còn lại sẽ đến”.□

—

Tài liệu tham khảo

[1]  https://physicsworld.com/a/merritt-moore-the-physicist-and-ballet-dancer-mixing-science-and-art-with-robots-and-dance/

[2] Astronauts: Do You Have What it Takes? https://www.bbc.co.uk/programmes/p05bf1jt