银河快报

那天晚上,欧利文和玲娜唱了一整条银河系

说来有点不好意思,我是在菜市场想到这个标题的,当时卖菜的阿姨把收音机拧得滋滋响,里面传出一首老歌,我突然就想起欧利文跟我说过的那句话——“银河系不是用来看的,是用来唱的。”他当时正在啃一根烤玉米,嘴角沾着辣椒面,说这话的样子跟宣布什么重大科学发现似的。

欧利文是我大学室友,天体物理专业,但他最大的本事不是算轨道,而是把任何正经事搞得特别不正经,至于玲娜,她是音乐系的,拉大提琴,平时话不多,可一开口就让人接不住,这俩人凑在一起能干出“唱银河系”这种事,我一点都不意外,意外的是,他们真把这件事说明白了,而且说得我半夜爬起来翻了三天的资料。

那天晚上,欧利文和玲娜唱了一整条银河系

银河系凭什么能“唱”出来

先别急着觉得这俩人在搞行为艺术,欧利文后来给我解释的时候,第一句话就把我震住了:“你以为银河系是静止的?它在转,转就有节奏,有节奏就能变成声音。”我当时正在喝水,差点呛到,但他接着说了一个概念,我到现在都记得特别清楚——银河系的较差自转

用大白话讲,银河系不是一个整体匀速旋转的大盘子,而是里面的东西各转各的,太阳附近的恒星,绕着银河系中心转一圈大概要花2.3亿年,这个时间跨度有个名字叫“银河年”,靠近中心的恒星转得快,外围的转得慢,就像搅拌咖啡时中间那个漩涡,内圈和外圈的速度完全不同,欧利文说,如果我们把这个旋转的节奏按比例压缩到人耳能听到的范围,理论上就能得到一段旋律。

玲娜当时听到这儿,问了一句特别关键的话:“那不同位置的恒星,音高是不是不一样?”欧利文愣了两秒,然后猛拍了一下大腿说:“就是你说的这样。”

从旋转速度到音符的跳跃

这件事的原理没你想的那么玄乎,但也绝对不简单,我翻了几天文献,大概理出了一个脉络——还真有不少科学家干过类似的事,核心思路叫数据可听化,就是把天文观测数据转换成声音,这跟把数据画成图表是一个逻辑,只不过输出的不是图像,是音频。

银河系里不同位置的物质绕中心旋转的角速度不同,这个差异在射电天文学的观测数据里体现得很清楚,比如中性氢的21厘米谱线,欧利文和玲娜做的事情,说白了就是把银河系不同半径处的旋转周期换算成频率,再把这个频率映射到人耳可听的音阶上,下面是他们当时给我画的一个简化版的对照关系,我后来自己整理了一下:

距银河系中心距离(光年) 旋转周期(约) 换算频率(Hz,示意) 对应音高感觉
5,000 2亿年 低频,类似嗡鸣 深沉的低音
26,000(太阳位置) 3亿年 极低频,次声波边缘 几乎感觉不到,需降噪处理
50,000 8亿年 提升后可形成中频 类似大提琴的中音区

真实的转换过程比这复杂得多,他们需要用算法把频率整体抬升几十个八度,因为银河系旋转的原始频率低到人耳根本听不见,这一步做完之后,玲娜的活儿就来了——她要根据这些频率之间的关系,找到音乐上的对应,密度波密集的区域音群就密集,旋臂间隙的地方音符就稀疏,银河系的旋臂结构天然地提供了节奏和段落,这比任何人编的曲子都更有意思。

那天晚上,欧利文和玲娜唱了一整条银河系

那个厨房里的录音夜

真正让我觉得这件事了不起的,不是原理多巧妙,而是他们执行的方式,去年秋天的一个周六,欧利文发消息说:“今晚来我这儿,玲娜带了设备,我们要录银河系。”我到他家的时候,厨房桌子上摆着一台笔记本电脑,一个声卡,玲娜的大提琴靠在冰箱旁边,还有一堆我看不懂的软件界面。

欧利文把从公开天文数据库(据他说主要参考了盖亚探测器的恒星运动数据和一些射电巡天数据)下载下来的旋转曲线导进了一个叫Python的东西里,跑了一段代码,屏幕上跳出一长串数字,玲娜在旁边看着,偶尔说一句“这一段可以放在D小调上”或者“这里做个切分音会好听”,我当时的感觉就像在看两个不同物种的生物用一种我完全不懂的语言交流,但奇怪的是,他们的沟通效率高得离谱。

凌晨两点多,第一版粗混出来了,欧利文把耳机递给我,我戴上之后听到的东西没法用“好听”或者“不好听”来形容,那是一种很奇怪的体验——那些声音像是本来就存在,只是之前没人帮你翻译出来,低频的部分绵长得像叹息,中频段有一些跳跃的音符,乍一听有点随机,但听久了能感觉到一种内在的规律,玲娜后来告诉我,那些看似随机的跳跃恰好对应了银河系的几条主要旋臂经过的位置,她说这话的时候眼睛里有一种很亮的东西,我猜那大概就是热爱的样子。

为什么有人要把银河系变成声音

写到这里我停下来想了一下,可能有人会觉得这种事没什么实际用处,但欧利文后来跟我说过一段话,我觉得比我读过的任何科普文章都有力量,他说:“宇宙里有95%的东西是我们直接看不见的,暗物质、暗能量、甚至很多普通物质都躲在电磁波谱里,眼睛能接收的信息只是很小一扇窗户,但耳朵是另一扇,把数据变成声音,人类就有可能‘听’到一些用眼睛永远发现不了的规律。”

后来我才知道,这种做法在天文学里其实有正经的应用,比如有团队通过把太阳振荡的频率转换成声音来研究太阳内部结构,NASA也做过把行星轨道数据可听化的项目,但欧利文和玲娜的思路不太一样,他们不是为了做科学研究,而是想让普通人跟银河系之间产生一种更直接的联系,用玲娜的原话说:“你不可能让每个人都去学天体物理,但你可以让每个人用耳朵感受银河系是怎么转的。”

那天早上五点多,我靠在沙发上迷迷糊糊快睡着的时候,听见玲娜轻轻拉了一段大提琴,跟电脑里播的那段银河系音频叠在一起,两种声音缠缠绕绕的,有点像两条旋臂在慢慢靠近,欧利文在旁边安静地听完了整段,然后说了一句特别不像他会说的话:“原来我们真的是住在音乐里面的。”我没睁眼,但我在心里狠狠点了个头。

后来这段音频在他们的小圈子里传了一阵子,我没有链接可以放给你,但如果你想自己试试,去搜一下“银河系较差自转”和“数据可听化”,能摸到不少有意思的东西,说到底,欧利文和玲娜做的这件事让我想明白了一个道理:科学和艺术从来不是两个东西,它们只是用不同的语言在描述同一片星空,而那天晚上,那片星空恰好被翻译成了我们能听懂的声音。

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