Физик извиква звуци от миналото

Библиотеката на Конгреса, специалистът по цифрово преобразуване Питър Алиеа работи върху твърдия диск на компютъра IRENE. С любезното съдействие на Библиотеката на Конгреса

В сряда преди Хелоуин физикът Карл Хабер се събра с няколко колеги в подземен комплекс в Библиотеката на Конгреса във Вашингтон, окръг Колумбия, за необичаен експеримент: извикване на гласове от мъртвите.

Възкресението включва колекция от аудиозаписи, съхранявани от Национален музей на американската история , произведени от отдавна несъществуващата лаборатория Volta. Основана през 1880 г., отчасти от Александър Греъм Бел, лабораторията някога е била нервен център за учени, експериментиращи с начини за записване и възпроизвеждане на звук. Записите, които са създали – криптирани в обекти като дискове и цилиндри – са част от набор от аудио реликви от цял ​​свят, датиращи от края на 19 век. Някои са твърде деликатни за възпроизвеждане или са повредени, дори счупени, докато други остават в капана на неясни формати, които съвременните устройства не могат да прочетат. Съдържащи фолклор, музика и политически речи, както и ранни експерименти със звукозапис като броене на числа и рецитиране на поезия, записите представляват приглушена история. Но Хабер, старши учен в отдела по физика в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, и колегите му са измислили начин да се вслушат в миналото – чрез адаптиране на цифрова фотография и техники за обработка на изображения, използвани първоначално за улесняване на търсенето на субатомни частици.

В този есенен ден Хабер и неговите съотборници работят върху необичаен диск от колекцията Volta, направен от дъска на книговезец, покрита с восък - изглежда като примитивен запис. Носейки лилави хирургически ръкавици, за да предпази медиите от мръсотията на човешките ръце, куратор взема записа и го поставя върху прозрачен пластмасов грамофон, свързан със специализирано оптично оборудване. Трябва да внимава — никой не знае какво има в тези файлове. Докато някои записи може да не съдържат нищо повече от проста история или трел, други могат да съдържат по-ценни звуци. През 2011 г., например, екипът на Хабер извлече гласа на Александър Греъм Бел себе си, рецитирайки произволен списък с числа – постижение, което помогна на Хабер да спечели a MacArthur Genius грант миналата година.

След като дискът е поставен, Хабер започва да снима каналите, изрязани във восъчната му повърхност, използвайки камера с висока разделителна способност, която създава хиляди увеличени, 3D изображения на повърхността. След това компютър ще интерпретира математически изображенията, за да възстанови пътя, по който стилусът на грамофона би поел през жлебовете. Този виртуален път се преобразува в цифров аудио файл, който може да се възпроизвежда от всеки лаптоп или дори да се качи в YouTube. Целият процес, който може да отнеме от минути до дни, е известен като IRENE, за „Image, Reconstruct, Erase Noise, Etcetera“. Хабер говори за оборудването като за друг член на екипа.

IRENE е неочакваният страничен продукт от 30-годишния опит на Haber в областта на физиката на високите енергии. През 80-те години Хабер и колегите му бяха сред първите, които използваха изключително прецизни силициеви детектори, които характеризират пръскането на частици при сблъсъци на частици с висока енергия. Двата най-мощни ускорителя на частици в света – Tevatron на Fermilab, извън Чикаго, и Големият адронен колайдер (LHC) на CERN, извън Женева, Швейцария – са използвали тези детектори, за да докажат съществуването на фундаментални частици – горния кварк и бозона на Хигс, съответно.

„Той наистина е един от големите магьосници в областта на силициевите детектори за физиката на елементарните частици“, казва Беате Хайнеман, заместник-говорител на експеримента ATLAS в LHC и колега на Haber в Lawrence Berkeley.

Силициевите детектори са полезни, защото предоставят на учените точни измервания на позицията на частиците в пространството, казва Хабер. Всеки детектор е малка единица - само няколко инча - и много стотици са поставени заедно в голям масив. По време на сглобяването изследователите използват камери с висока разделителна способност, за да определят позицията на всеки детектор, като използват малки белези, наречени фидуциали, гравирани в повърхността му. Познаването на разположението на детекторите е полезно за по-късно оформяне на последователна картина на всички частици, създадени в колайдера.

В началото на 2000-те, когато Хабер работеше върху ATLAS, той започна да се чуди: „Какво друго бихме могли да направим с тези видове инструменти с висока разделителна способност?“ По стечение на обстоятелствата той улови радио репортаж за това как историческите аудио колекции на Библиотеката на Конгреса са твърде крехки или влошени, за да бъдат възпроизведени и прехвърлени в други формати. Тогава дойде вдъхновението - защо не снимате аудио дисковете с оборудване, използвано за изследване на детекторите за частици?

В продължение на няколко години Хабер се занимаваше с идеята с колегите си физици. В крайна сметка той предложи на постдокторант в Лорънс Бъркли на име Виталий Фадеев да пробва да пресъздаде звук от пречупено копие на „ Лека нощ Ирен,' изпълнение на The Weavers, фолклорна група, ръководена от емблематичния Пийт Сийгър . Използвайки системата от камери, запазена за силициеви детектори, те заснеха повърхностните данни от записа и ги анализираха, за да създадат звуков клип.

„Всъщност звучеше като грамофонна плоча“, казва Хабер.

Хабер и Фадеев публикуваха статия за експеримента в Вестник на Аудио инженерното общество и го изпратиха като студено обаждане до всеки, който смятаха, че може да се интересуват. В Библиотеката на Конгреса специалистът по цифрово преобразуване Питър Алия вече беше забелязал, благодарение на по-ранна чернова, която беше получил. Аудио фрагментът на Хабер и Фадеев, макар и груб, нямаше някои изкривявания, типични за други опити за съживяване на стари записи, казва Алия. Той се свърза с двойката и тримата скоро се събраха през 2003 г., за да разработят по-целенасочена оптична система. Те го нарекоха IRENE, след песента, изпята от групата на Pete Seeger. А 2008 г Ню Йорк Таймс статия за ранен успех привлече Карлийн Стивънс, куратор в отдела за работа и индустрия на Националния музей на американската история, и колекцията Volta в сътрудничеството.

Оттогава екипът на Хабер е сканирал стотици елементи. „Това е съживление“, казва Стивънс. „Имахме нещата от десетилетия с мисълта, че ще бъдат неми артефакти.“

Може би най-голямото въздействие, което тяхната работа може да има, казва Хабер, е да дигитализират ранни антропологични полеви записи, съдържащи устни традиции от групи като индианци и евреи в бившия Съветски съюз. „Това би било голям принос и бих искал това да се случи“, казва той. Разполагането на повече машини по света и създаването на общност от природозащитници може да превърне надеждата му в реалност, добавя той. IRENE вече е създадена в Бъркли, Вашингтон; Андовър, Масачузетс; и Ченай, Индия.

Обратно в Библиотеката на Конгреса, Хабер и колегите му от Вашингтон в крайна сметка прекарват цял ​​следобед върху восъчния диск, успявайки да извлекат проба от звук - груб, но достъпен. Данните все още не са публикувани, но след като бъдат публикувани, може би друг глас ще намери пътя си обратно в хорото на историята.