独家：聆听 Simonne Jones 用物理数据创作的歌曲《Alchemy》

在遥远的宇宙中，两个黑洞相撞后，我们在地球上听到的声音是安静的“砰”——就像一滴水。木星上的闪电发出下降的声音，就像卡通人物从悬崖上掉下来一样。曾经沉默的物体，从恒星和行星到最微小的亚原子粒子，都在发出哨声、叽叽喳喳和歌唱的声音。

但科学家无法听到这些声音，除非它们被声音化。声音化意味着将信息表示为声音，这些信息可能与声音有任何关系，也可能没有任何关系。将最难理解的物理概念转化为更广泛受众可以接受的信息的历史由来已久。但对一些人来说，声音化是毫无意义的噪音。所以我们请音乐家西蒙妮·琼斯把这些声音变成我们都能欣赏的东西：音乐。

这首名为《炼金术》的歌曲融合了今年创作的一些重要声音效果。其中包括碰撞黑洞引力波的啁啾声，以及将世界上最大的原子对撞机大型强子对撞机的实时数据转换成声音而产生的空灵音调。

琼斯本人拥有生物医学学位，并于今年 5 月发布了她的最新单曲《Gravity》 。她在歌词和制作中经常将科学与声音融合在一起。

“炼金术”的标题源自中世纪人们对科学的神奇认知，这种认知在今天仍然适用。琼斯告诉《大众科学》杂志： “从本质上讲，我们仍在尝试将这些神秘的想法转化为对世界的理解。”科学家和炼金术士一样，正在做“一件很容易与巫术或禁忌混淆的怪异之事”。琼斯希望像“炼金术”这样的歌曲能够将科学推向大众，让人们更容易接受这些想法。

琼斯说，“炼金术”巧妙地展现了物理学，讲述了一个“爱情的黑魔法化学”的故事。但科学仍然渗透到了歌曲的核心。

声音只是一种通过介质（通常是空气）传播的干扰。声音的来源无穷无尽。假设我在扬声器上播放一首歌。扬声器在空气分子中产生振动，这些分子疯狂地舞动并相互碰撞。这种舞蹈不断向前推进，直到分子撞击到你的耳膜。你的大脑将振动识别为节拍和音符，并将它们转化为噪音。

声音在行星际和恒星际空间并不常见。如果没有气体等介质振动，声音就无法传播，就像海浪需要穿过海洋一样。

但有些波，如光波和引力波，可以穿过空旷的空间，其特性与声音完全对应。频率衡量波峰的频率。我们的耳朵将声波频率转化为音调，而我们的眼睛将光波频率转化为颜色。

振幅测量波的高度。我们的耳朵将声波振幅转换为响度，而我们的眼睛将光波振幅转换为亮度。这正是无线电的工作原理，将声音转换为光波，然后再转换为声波，尽管无线电波的颜色远远超出彩虹的颜色，所以我们的眼睛无法感知它们。

不过，并非所有声音都来自波。只要你能告诉声音合成器播放什么音符以及音量大小，你就可以把任何数据映射到噪音中。我可以告诉计算机“当蓝色汽车经过时播放 C，黑色汽车经过时播放 D，红色汽车经过时播放 E”，并通过在正确的时间发送正确的汽车组合来播放“玛丽有只小羊羔”。

科学家们至少从 20 世纪物理学家汉斯·盖革 (Hans Geiger) 发明盖革计数器开始，就已经开始将物理数据转换成声音。他找到了一种读取放射性元素辐射的方法，从而产生咔嗒声。从那时起，声音化数据就成为向大众解释物理学的工具。

爱荷华大学的比尔·库尔斯就是这样一位声波发生器专家。在1979年美国宇航局的旅行者号新闻发布会上，他播放了木星上闪电产生的下降的呼啸声，闪电的光波在与木星磁场相互作用时扩散并弯曲。

当你向公众展示图表时，“突然间，他们的眼睛变得呆滞，不知所措”，库尔斯告诉《大众科学》 。“但如果我们可以播放声音，这种声音大致类似于你坐在宇宙飞船上，戴上耳机听到的声音，他们就能产生共鸣，就像看到月球图像一样。”

今年，他的团队再次创造了来自木星的声音，将朱诺号在记录该行星的弓形激波时拾取的数据声音化，或者有点像木星磁场与从太阳发射出的粒子相互作用而产生的音爆。

在《炼金术》中，键盘伴奏采样了一种不同类型的波：去年冬天 LIGO（激光干涉引力波天文台）的科学家呈现的引力波声音。

一百年前，爱因斯坦预言引力在宇宙中以微小扰动的形式传播，导致空间伸展和收缩。在 LIGO，一分为二的激光的一部分通过 L 形隧道发送，并在引力波通过时与第二部分同相和异相。抖动的激光让科学家能够探测到引力波的频率和振幅：空间波纹的频率以及波纹的强度。只要知道频率和振幅，就可以将波输入计算机并将其转换为声音。

LIGO 科学家在二月份播放的引力波来自两个黑洞，一个黑洞的质量是太阳的 29 倍，另一个是 36 倍，它们相互螺旋式碰撞，形成了一个更大的黑洞。

LIGO 记录的这些波的振幅是质子（构成原子的粒子）大小的一小部分，因此科学家自然需要让它们的声音大得多。LIGO 信号也太弱了，普通外行人无法察觉。

加州理工学院物理学教授、LIGO 研究员艾伦·温斯坦 (Alan Weinstein) 表示：“我们……利用计算机操纵信号并提高其频率，使它们听起来更悦耳。”不过，他说：“在 LIGO 的科学交流中，我想不出还有比声音化更有趣的应用了。”

“Alchemy” 也具有与我的“Mary Had A Little Lamb”示例类似的声音化效果。歌曲开头的空灵、空灵的声音来自麻省理工学院研究人员的 Quantizer 项目，该项目将大型强子对撞机碰撞产生的粒子转化为声音。LHC 数据包含有关粒子类型及其能量的信息。Quantizer 团队创建了一个地图，将粒子通过的探测器部分与音阶上的音符关联起来，以创建一种特殊的音频文件。音乐家（在本例中是麻省理工学院毕业生 Evan Lynch）可以创建一个合成器或计算机程序来读取此文件以创建可听见的音符。

CERN 和 LIGO 的声音主要是为了宣传。我采访过的大多数科学家都同意，人们不可能经常听到声音就说“那个黑洞大约是太阳的 30 倍大”。

然而，有些人认为这些声音可以帮助研究人员理解和联系数据。“我认为我们没有理由不利用各种感官来获取大脑中的这些信息，”曼彻斯特大学乔德雷尔班克天体物理中心的声学专家兼副主任蒂姆·奥布莱恩 (Tim O'Brien) 说。“它实际上可以让你对数据产生不同的感觉。这不仅仅是吸引非专家。有时你真的会听到一些你在视觉表现中没有发现的东西。”

推广仍然很重要。《炼金术》避免使用大科学词汇，“因此那些不是科学爱好者、不懂这些术语的人乍一看可能不知道这首歌是我向物理学的颂歌，”琼斯说。不过，她认为这首歌和她的作品是一种展示更多存在主义思想如何团结思想家的方式。

“炼金术士、科学家和艺术家在作品中试图理解和探索的问题是，我们是谁，我们从哪里来，我们为什么在这里，这一切意味着什么，”她说。“这在很大程度上解释了为什么我觉得科学和音乐的融合启发了我的艺术创作。这是这些看似激进学科的总结，但源于试图揭开宇宙秘密的相同问题。”