Lắng nghe tiếng vọng từ Trái đất và vũ trụ

Nhờ sự kết hợp của một nhà vật lý và một nghệ sĩ, người ta có thể nghe được những thanh âm địa chất kỳ ảo từ sâu dưới lòng Trái đất và cả tiếng vọng thăm thẳm từ các không gian liên sao của vũ trụ.

Hồ nước nóng Grand Prismatic Spring tại Công viên quốc gia Mỹ Yellowstone.

Đó chính là nơi để các nhà khoa học và nghệ sĩ cùng nhau khám phá những âm thanh độc đáo và bí ẩn theo một cách trước nay chưa từng có.

Tiếng đất ở Yellowstone

Yellowstone là một trong những nơi có hoạt động địa chất mạnh nhất Mỹ, tuy nhiên chưa ai từng được nghe thấy tiếng của những chuyển động của các mảng kiến tạo Trái đất ở dưới lớp đất bề mặt. Nằm sâu phía dưới những miệng phun thủy nhiệt và những suối nước nóng trào dâng lớp lớp bong bóng như cái nồi hầm được định hình bằng lực núi lửa từ 2,1 triệu năm về trước, các mảng kiến tạo của Trái đất đang chuyển động một cách không ngừng nghỉ. Sức căng của các hoạt động này đã gửi những gợn sóng dao động lên bề mặt Trái đất nhưng đáng tiếc là con người lại không cảm nhận được những tiếng rì rầm từ lòng đất này trong việc phát hiện những rung động trong lòng đất đó. Domenico Vicinanza, một nhà vật lý hạt và nhạc sĩ ở trường Đại học Anglia Ruskin, Anh, đã hợp tác với Alyssa Schwartz, một nghệ sĩ sáo và giáo sư âm nhạc ở ĐH bang Fairmont trong việc phát hiện những âm thanh trong lòng đất.

Sự hợp tác giữa hai bên thuận lợi hơn họ tưởng, bởi cả hai đều làm việc trong môi trường học thuật và mặt khác, đều là những nghệ sĩ. Khi Vicinanza nghĩ đến việc tại sao không chuyển đổi những rung động ở sâu bên trong lòng Trái đất thành âm thanh, anh nhớ đến Schwartz. Kết quả là một bản nhạc cho sáo độc tấu với âm thanh có phần kỳ quặc nhưng tuyệt đẹp được Alyssa Schwartz trình diễn ở Atlanta, trong khuôn khổ hội nghị Internet2 Community Exchange 2023.

Vicinanza đã viết nên một chương trình máy tính dành riêng cho việc chuyển đổi đặc biệt này. “Về cơ bản, tôi đang vẽ bản đồ biên độ các chuyển động và dao động của những mảng kiến tạo thành nốt nhạc”, Vicinanza giải thích về chương trình của mình. Khi biên độ của các chuyển động được tạo ra bởi các hoạt động núi lửa gia tăng thì các nốt cũng tăng lên theo cấp độ âm nhạc. Tương tự, nếu dữ liệu từ các máy ghi địa chấn cho thấy những dao động đột ngột thì giai điệu cũng trở nên kịch tính.

“Sự rung động trong lòng đất về bản chất là có cấu trúc tự nhiên. Vì vậy tôi chỉ cố gắng tách và lọc lấy phần cấu trúc và sử dụng chúng để tạo ra âm nhạc” (nhà vật lý hạt Domenico Vicinanza).

Mỗi năm, Yellowstone nếm trải từ 1.500 đến 2.500 trận động đất, và được một mạng lưới 50 trạm ghi địa chấn của Hội Điều tra Địa chất Mỹ nắm bắt. “Gần 50% trận động đất xuất hiện theo kiểu rất gần với nhau đến mức có thể tập hợp thành cụm”, Vicinanza nói. “Vì vậy đây là một sân chơi thú vị cho nhà khoa học ở bất cứ lĩnh vực nào, miễn là quan tâm đến địa chất, địa vật lý, cơ học hoặc giống như tôi, khoa học dữ liệu và âm nhạc, bởi vì nó vô cùng độc đáo”.

Một cái nhìn khác biệt vào những điều tưởng chừng như quen thuộc làm nảy sinh ý tưởng ở Vicianza: dấu vết của dữ liệu từ máy địa chấn được hình thành bằng những nét vẽ trên giấy. “Với âm nhạc, chúng ta có thể mở rộng khung thời gian như mình mong muốn, chúng ta có thể nhìn vào các mẫu hình vi mô, chúng ta có thể xem xét một loạt những cao độ trong dữ liệu, chúng ta có thể nhìn vào cách các đặc trưng được tạo ra hoặc thay đổi theo thời gian”, anh nói.

Dữ liệu đầu vào được thu thập từ một trạm quan trắc ở hồ Mary ở trung tâm công viên. “Sự rung động trong lòng đất về bản chất là có cấu trúc tự nhiên. Vì vậy, tôi chỉ cố gắng tách và lọc lấy phần cấu trúc và sử dụng chúng để tạo ra âm nhạc”.

Trong quá trình chuyển đổi, chương trình phần mềm của anh đã đổi tín hiệu trong dữ liệu thành âm thanh ở dạng thính giác con người có thể cảm nhận được và nằm trong ba quãng tám.

Nghệ sĩ sáo Alyssa Schwartz biểu diễn cả hai tác phẩm của nhà vật lý Domenico Vicinanza.

Việc trình tấu một bản nhạc được sinh ra từ một chiếc máy tính đòi hỏi những kỹ năng khác biệt. Thông thường, các nốt trong một bản nhạc do một nhà soạn nhạc thông thường viết nên thường tuân theo một trật tự nhạc lý nhất định, vì thế nghệ sĩ biểu diễn có thể đoán được những nốt tiếp theo. Tuy nhiên ở đây, đột nhiên xuất hiện những nốt không thể ngờ tới, nghệ sĩ sáo Schwartz nói. Tuy nhiên điều này cũng khơi gợi ở cô nhiều điều thú vị. “Việc chơi nhạc được hình thành từ dữ liệu khoa học quả là độc nhất vô nhị, bởi vì nó không hề đi theo các dạng mẫu hình nào – các hợp âm, hợp âm rải – mà các nghệ sĩ từng được tập luyện”, cô nói.

Nhưng chính sự không thể dự đoán của bản chất âm nhạc dạng này cho phép âm nhạc tạo ra sự bất ngờ một cách dễ chịu cho người nghe. “Bằng việc lắng nghe âm thanh, bạn có thể hình dung ra một bức tranh tưởng tượng về những gì trên thực tế đang diễn ra”, Vicinanza nhận xét. “Thứ âm nhạc này giúp mọi người có thể đón nhận trạng thái tĩnh lặng hay trạng thái điên rồ, xáo động của Trái đất ở trong phạm vi Yellowstone”.

“Bạn có thể cảm thấy những sự đều đặn hay bất thường, sự chảy trôi và tĩnh mịch – hoặc hoàn toàn kịch tính trong âm thanh của đất”, anh cho biết thêm.

Trong tác phẩm âm nhạc thử nghiệm mới được Schwartz trình diễn, được trích xuất từ bộ dữ liệu ghi vào ngày trước đó, bản nhạc thường xuất hiện ở cung Sol trưởng. “Và sau đó là khoảnh khắc đẹp thực sự khi chuyển sang cung Rê thứ”, Schwartz nói. “Đó là những khoảnh khắc xuất hiện những điều gần gũi giống con người”. Với những bản nhạc được xây dựng dựa trên các nốt được xác định theo thời gian thực thì tác phẩm được trình tấu lúc nào cũng là mới mẻ và lần đầu ra mắt khán giả.

Một vấn đề cho những người chơi bản nhạc từ trong lòng Trái đất này là tìm ra khoảng khắc để ngừng nghỉ. Dữ liệu thô không để cho những khoảng dừng tự nhiên hoặc không gian để người nghệ dĩ có một phút nghỉ. Vì vậy, bằng nhạy cảm âm nhạc của mình, Schwartz phải tự xác định chỗ phù hợp để tạm nghỉ. Trong buổi ra mắt tại hội nghị, cô và Vicinanza cùng giải thích về “sự sáng tạo âm nhạc với sự cho phép của công nghệ có thể chuyển đổi các hệ thống địa vật lý độc đáo ở Yellowstone, giúp làm tăng nhận thức về địa lý và địa vật lý’, với một sự nhấn mạnh vào cách thứ âm nhạc này có thể giúp mọi người chú ý hơn đến công viên quốc gia lâu đời nhất Mỹ, theo nhận xét của các chuyên gia tham dự hội nghị.

Âm nhạc từ không gian liên sao

Việc chuyển đổi dữ liệu khoa học thành âm nhạc trong vài năm trở lại đây đã trở thành xu hướng bởi lắng nghe dữ liệu có thể giúp các nhà khoa học sáng tỏ thêm về dữ liệu phức tạp mà họ có vì tai người có thể nhạy cảm hơn với các mẫu hình có trong đó hơn là mắt. Vicinanza biết đến Schwartz qua một dự án của NASA để thử chuyển đổi dữ liệu thu thập trong 37 năm từ hai tàu thám hiểm không gian Voyager 1 và 2 thành một tác phẩm âm nhạc mang tên “Sonification for NASA”, một bản duet (song tấu) từ trong không gian sâu khôn cùng của vũ trụ.

Vicinanza đã diễn dịch dữ liệu gồm các hình thức sóng lan truyền trong không gian liên sao của vũ trụ thành giai điệu để sáo có thể chơi được. Bản nhạc đó tái hiện khoảnh khắc mà tàu thám hiểm không gian Voyager 1 của NASA rời bỏ mặt trời và gia nhập không gian liên sao, cách Trái đất hàng tỉ tỉ dặm — âm lượng tăng dần dần khi con tàu vượt qua đường biên giữa hai không gian.

Voyager 1 là vật thể đầu tiên của loài người bay vào không gian liên sao, các nhà nghiên cứu đã thúc đẩy việc khai thác dữ liệu được nó gửi về từ nơi cách Trái đất hàng tỉ tỉ dặm trong hàng thập kỷ với mong muốn rọi thêm những cái nhìn sâu hơn vào những bí ẩn tồn tại trong vũ trụ của chúng ta.

Việc chuyển đổi dữ liệu khoa học thành âm nhạc trong vài năm trở lại đây đã trở thành xu hướng bởi lắng nghe dữ liệu có thể giúp các nhà khoa học sáng tỏ thêm về dữ liệu phức tạp mà họ có vì tai người có thể nhạy cảm hơn với các mẫu hình có trong đó hơn là mắt.

Bản nhạc bắt đầu bằng giai điệu êm ái chảy trôi được hình thành với các nốt được gắn kết ở một cữ âm thấp hơn để minh họa dữ liệu từ bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta. Âm lượng tăng dần, hay một crescendo, chỉ dấu con tàu thám hiểm bay qua đường nhật mãn (heliopause), nơi phân định nhật quyển, vùng trống xung quanh Mặt trời được lấp đầy bằng từ trường Mặt trời và gió plasma Mặt trời, ken chật các proton và electron, thổi hướng ra ngoài, để tiến vào không gian liên sao. Sau đó giai điệu trở nên cao vút và thay đổi hình dạng, với những cú nhảy vọt để miêu tả môi trường chật chội của không gian liên sao. Mỗi nốt nhạc được tái hiện số trung bình các con sóng plasma được ghi nhận trong mỗi ngày, do sự dao động của các hạt tích điện trong vũ trụ. Ở cuối bản nhạc, con tàu Voyager 1 vận lộn với chùm dữ liệu ở khoảng cách lớn hơn theo hướng về Trái đất, các nốt nhạc trở nên thưa thớt và mờ nhạt.

“Hiểu được sự kết nối với những gì mà Voyager đo đạc, tôi nghĩ, làm tăng thêm một chiều kích khác cho những gì con người đang đón nhận… một sự thay đổi rất kịch tính”, Vicinanza nhận xét. “Đây là sự khác biệt bởi vật lý là khác biệt. Trong trường hợp này, đó là do một số lượng lớn các hạt tích điện trong không gian liên sao”.

Việc tiến hành chuyển đổi dữ liệu thành âm nhạc này cũng góp phần truyền thông khoa học cho công chúng. Nếu để dữ liệu thô thì không công chúng nào có thể hiểu được đó là gì. Dữ liệu plasma liên sao của Voyager 1 gửi về có âm thanh giống như tiếng sóng radio trộn lẫn với tiếng huýt gió theo chu kỳ – thứ âm thanh kỳ lạ mà Hollywood có thể sử dụng làm âm thanh ngoài hành tinh cho các bộ phim của mình. Tiếng huýt gió tăng âm lượng và tới cao độ khi Voyager 1 đi vào không gian liên sao, hé lộ cho chúng ta thấy môi trường ở đây ngày một dày đặc. “Một trong những điều đầu tiên tôi nghĩ đến khi lắng nghe những âm thanh này là cách sự kịch tính gia tăng trong những âm thanh ken đặc khiến người dễ dàng hình dung ra hơn là nhìn”, Stella Ocker, một nhà nghiên cứu của NASA thực hiện Sứ mệnh liên sao Voyager, viết trong một email gửi The WashingtonPost. “Đôi tai của chúng ta dường như vô cùng nhạy cảm với những thay đổi về cao độ”.

Nhà vật lý Domenico Vicinanza (bên trái) giới thiệu về phần mềm chuyển đổi dữ liệu thành âm nhạc của mình.

Từng xuất bản những đo đạc liên sao Voyager, cho biết nghiên cứu về mật độ của electron ở môi trường xa Trái đất rất quan trọng bởi nó có thể nói về sự ảnh hưởng của các điều kiện môi trường bên trong hệ Mặt trời của chúng ta và ngược lại. Bản đồ đo đạc mật độ “sân sau liên sao của chúng ta” với dữ liệu của Voyager giúp các nhà nghiên cứu hiểu về những gì trong đó, cách nó giãn nở và cách nó ảnh hưởng đến hành tinh của chúng ta.

Khi Ocker lắng nghe tác phẩm của Vicinanza, cô nói cô yêu cách tác phẩm này nắm bắt những gì Voyager 1 trải nghiệm về cả quy mô thời gian ngắn và dài. Nó chứng tỏ sự gia tăng về toàn thể của mật độ electron cũng như những biến thiên ở quy mô thấp hơn. Màn trình tấu “thực sự nhấn mạnh vào cảm giác chuyển động liên tục bởi Voyager không ngừng tiến lên”, Ocker nói.

Vicinanza tạo thêm tác phẩm mới khác thông qua kết quả công trình của anh và đồng nghiệp của mình là Genevieve Williams, người đưa dữ liệu 40 năm của máy dò hạt tích điện năng lượng thấp của Voyager 1 thành một tác phẩm cho dàn nhạc dài ba phút. Trong tác phẩm được thu âm, đàn violin chơi giai điệu khi Voyager 1 bắt đầu cuộc hành trình của mình, piano và kèn horn Pháp theo sau khi con tàu gặp sao Mộc và sao Thổ. Tiếng sáo, piccolo và đàn chuông glockenspiel vang lên khi tàu vào không gian liên sao.

Mặc dù trở nên phổ biến trong thập kỷ qua nhưng việc chuyển đổi dữ liệu thành âm thanh nghe được đã manh nha từ thế kỷ 17. Nhà thiên văn học Johannes Kepler chứng tỏ là các nốt âm nhạc có thể minh họa cách các hành tinh gia tốc và giảm tốc quanh Mặt trời trong những quỹ đạo hình elip hơn là quỹ đạo hình tròn. Ông đã chuyển đổi vận tốc của mỗi hành tinh khi nó đi quanh Mặt trời theo những nốt khác nhau, Vicinanza giải thích. Vận tốc cao hơn tương ứng với những độ cao lớn hơn; vận tốc chậm rãi hơn với những độ cao thấp hơn.

Việc tiến hành chuyển đổi dữ liệu thành âm nhạc này cũng góp phần truyền thông khoa học cho công chúng. Nếu để dữ liệu thô thì không công chúng nào có thể hiểu được đó là gì.

Vicinanza sử dụng một kỹ thuật tương tự trong tác phẩm của mình, về cơ bản là chồng lấn dữ liệu dạng sóng lên các ô nhịp trong khuông nhạc ngay từ điểm khởi đầu. Mục tiêu của anh là tạo ra một bản đồ đúng giữa dữ liệu và và giai điệu mà không phải hy sinh tính khoa học”. Trong một số trường hợp, các mẫu hình của tự nhiên được xếp cùng các cách tiếp cận của âm nhạc, ví dụ tác phẩm mới về Voyager 1 trên thực tế thể hiện các mẫu hình hợp âm truyền thống phổ biến trong âm nhạc cổ điển. Bản chất của dữ liệu bao gồm một loạt các nốt quãng tám hầu như chạy đến tận cùng, dẫn đến việc hình thành những hợp âm rải một cách đều đặn.

Nó phác thảo ra một “hợp âm chủ, một tiến trình của hợp âm cơ bản bậc nhất mà chúng ta đã có văn hóa âm nhạc của chúng ta”, Alyssa Schwartz nói. Nhưng như điều xảy ra với bản nhạc từ lòng đất, thi thoảng, bản đồ dữ liệu có thể dẫn đến chỗ khó có nghệ sĩ nào có thể trình diễn được, ví dụ bản Voyager 1 mới nhất không có chỗ cho nghệ sĩ sáo nghỉ. “Tôi nhận thấy là tự nhiên không quan tâm đến hơi thở của mình”, Schwartz nói thêm và lưu ý âm nhạc của Vicinanza đã thúc đẩy kỹ thuật của cô phát triển bởi những thách thức những ngón tay bấm nốt và các cú nhảy nốt khó – mẫu hình mà cô chưa từng bắt gặp nơi nào trước đây.

“Những gì thú vị trong thể loại âm nhạc này là đem lại cảm giác gắn kết với tự nhiên”, Schwartz nói. “Tôi không chỉ dựa vào hiểu biết về ly thuyết âm nhạc và lịch sử âm nhạc để cố gắng đem ra quyết định đúng nhất trong biểu diễn”.

Vicinanza tự tin những buổi biểu diễn như vậy sẽ là một sự kiện đáng nhớ nhưng anh cho biết thêm, tác phẩm này có thể làm dấy lên những câu hỏi về vai trò của công nghệ trong nghệ thuật. “Thực sự là công nghệ làm thúc đẩy biểu diễn nghệ thuật, tuy nhiên con người vẫn đóng vai trò trung tâm với việc Schwartz đem đến cảm xúc cho bản nhạc và sử dụng các nốt nhạc để kể một câu chuyện”, Vicinanza chỉ ra.

Vicianza hy vọng màn trình diễn âm nhạc có thể đem đến những rung cảm tốt về khoa học cho mọi người. “Khoa học là những gì mọi người có thể thưởng thức”, anh nói. □

Thanh Hương tổng hợp

Nguồn:

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/yellowstone-seismic-data-music-180982184/

https://www.washingtonpost.com/science/2023/05/10/yellowstone-flute-music-seismic-activity/

https://www.theguardian.com/science/2023/may/08/yellowstone-seismic-activity-live-flute-alyssa-schwartz-atlanta

https://www.washingtonpost.com/climate-environment/2023/03/10/space-music-nasa-voyager-sonification/

Tác giả