فيديو: يقول الفيزيائيون إن سهم الزمن يمر عبر 500 عام من الموسيقى الكلاسيكية
2023 مؤلف: Peter Bradberry | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-21 22:31
تُظهر دراسة إحصائية لأكثر من 8000 مقطوعة موسيقية كيف يميز تدفق الوقت الموسيقى عن الضوضاء.
ما الذي يجعل الموسيقى على الأذنين بالضبط؟ سيخبرنا الزمن ، وفقًا لدراسة جديدة لمؤلفات تعود لخمسة قرون.
باستخدام التقنيات المشتقة من الميكانيكا الإحصائية - التي تُستخدم عادةً لدراسة مجموعات كبيرة من الجسيمات - قام فريق من الفيزيائيين بقياس "عدم رجوع الوقت" لأكثر من 8000 قطعة من الموسيقى الكلاسيكية الغربية رياضيًا. نُشرت دراستهم في Physical Review Research في يوليو ، حيث تحدد دراستهم ما يستشعره العديد من المستمعين: يمكن للضوضاء أن تبدو كما لو تم تشغيلها للأمام أو للخلف في الوقت المناسب ، لكن الموسيقى المؤلفة تبدو مختلفة بشكل كبير في هذين الاتجاهين الزمنيين.
عدم رجوع الزمن - وجود "سهم الوقت" - هو مفهوم مستمد من الفيزياء الأساسية ، صاغه لأول مرة في عام 1927 عالم الفلك البريطاني آرثر إدينجتون. يقول لوكاس لاكاسا ، الفيزيائي بجامعة كوين ماري بلندن والمؤلف المشارك للدراسة ، إن الأمر مفيد في العديد من السياقات. يمكن للمرء أن يراه وهو يعمل أثناء تناول وجبة الإفطار: فكر في عدم معقولية فك البيضة وإعادتها إلى قشرة تم تجميعها بشكل أصلي. ولكن حتى الآن ، كما يقول لاكاسا ، "لم يتم قياس عدم رجوع الزمن في الموسيقى على الإطلاق". أصبح لاكاسا مهتمًا بتحليل الموسيقى من خلال المحادثات مع المؤلفين المشاركين جوستافو مارتينيز ميكلر من جامعة المكسيك الوطنية المستقلة وألفريدو غونزاليس إسبينوزا من جامعة بنسلفانيا ، وكلاهما فيزيائيون وموسيقيون. من خلال إيجاد أنماط عبر مجموعات كبيرة من الموسيقى المؤلفة ، كانوا يأملون في العثور على تلميحات حول ما يجعل الملحن ناجحًا.
بالمقارنة مع الأنظمة المكونة من ملايين الجسيمات ، فإن التركيب الموسيقي النموذجي المؤلف من آلاف النغمات يكون قصيرًا نسبيًا. بشكل غير متوقع ، هذا الإيجاز يجعل من دراسة معظم الموسيقى أكثر صعوبة من الناحية الإحصائية ، مثل تحديد المسار الدقيق لانهيار أرضي هائل يعتمد فقط على حركات عدد قليل من حبيبات الرمل المتساقطة. ومع ذلك ، في هذه الدراسة ، استغل لاكاسا وزملاؤه أساليب جديدة وعززوها بشكل خاص في استخلاص الأنماط من العينات الصغيرة. من خلال ترجمة تسلسل الأصوات من أي تركيبة معينة إلى نوع معين من الرسوم البيانية أو الرسوم البيانية ، تمكن الباحثون من تنظيم قوة نظرية الرسم البياني لحساب عدم رجوع الوقت.
هذه ليست أول دراسة إحصائية للموسيقى. في كتابه الصادر عام 1963 عن الموسيقى الرسمية ، استخدم الملحن والمنظر الموسيقي Iannis Xenakis المصفوفات والمعادلات التفاضلية لدعم الحجج حول طبيعة الموسيقى والتأليف الموسيقي. بجرأة ، افترض أنه "مثل الإله ، يمكن للملحن … أن يقلب" سهم الزمن "لإيدنجتون". لكن تأكيد هذا الخلاف أثبت أنه بعيد المنال. ومع ذلك ، تؤكد الورقة الجديدة صحة الادعاء: وُجد أن معظم التركيبات التي درسها الباحثون تتبع سهم الزمن.
تبدو الأنظمة التي يمكن عكسها بمرور الوقت ، في ظل التحليل الإحصائي ، هي نفسها عندما ينقلب سهم الوقت. أحد الأمثلة على ذلك هو الهسهسة الساكنة غير المنظمة للضوضاء البيضاء. هناك نوع مختلف من الضوضاء السائدة في الأنظمة البيولوجية ، يُطلق عليه اسم "الضوضاء الوردية" ، وهو أيضًا قابل للانعكاس بمرور الوقت. وبمقاييس إحصائية معينة ، لا يمكن تمييزها تقريبًا عن الموسيقى. على وجه التحديد ، عند تحليل مقدار الطاقة التي يميل إليها كل مكون تردد داخل قطعة موسيقية ، يجد العلماء نفس التوزيع كما هو الحال في الضوضاء الوردية. وبالتالي ، تم قبول الموسيقى على أنها نوع من الضوضاء الوردية.
تتحدى الدراسة الجديدة هذا الارتباط ، موضحة أنه على الرغم من أوجه التشابه الأساسية هذه ، فإن الموسيقى لها بنية أكثر من الضوضاء الوردية ، وأن هذا الهيكل له معنى. "اللارجعة يمنحك فكرة عن التغيير في الوقت المناسب ؛ تقول مارتينيز ميكلر: "إنها تقترب من فكرة السرد". كون الموسيقى لا رجوع فيها عن الوقت ، إذن ، قد تعكس جهود الملحن لرواية قصة من خلال تقدم النغمات.
ترتبط عدم رجوع الزمن بمقياس للاضطراب يسمى في الفيزياء الانتروبيا. سيكون التكوين الذي يحتوي على أكبر قدر من الانتروبيا عبارة عن خلط عشوائي للأصوات. سيبدو أيضًا في نفس الاتجاه المضطرب تمامًا في جميع الاتجاهات الزمنية ، وبالتالي لا يظهر أي سهم للوقت. على العكس من ذلك ، فإن التركيب الذي لا يمكن عكسه بمرور الوقت سيكون هو الأقل عشوائيًا ، والذي يمتلك أقل قدر من الانتروبيا وأكثر بنية. وبهذا المعنى ، قد يعكس قياس الوقت الذي لا رجوع فيه مدى تفرد أسلوب ملحن معين - على سبيل المثال ، الفرق بين عازف الكمان المبهرج نيكولو باغانيني وعازف الكمان الحزين جون دولاند.
تساءل كل من غونزاليس إسبينوزا ومارتينيز ميكلر ولاكاسا عما إذا كان تحليل الوقت المخصص لكل ملحن يمكن أن يعكس الخصائص الجمالية لموسيقى ذلك المؤلف بدقة. أثارت الدراسات السابقة للموسيقى كضوضاء وردية أسئلة مماثلة. لكي تكون ممتعة ، على ما يبدو ، يجب أن تحقق الموسيقى توازنًا بين القدرة على التنبؤ والمفاجأة - تعتبر الضوضاء الوردية خاصية تمتلكها. يقول جيسي بيريزوفسكي ، الفيزيائي في جامعة كيس ويسترن ريزيرف الذي لم يشارك في الدراسة: "الطريقة المنظمة التي نبتكر بها الموسيقى هي نوع من عملية التحسين". كما استخدم أساليب الميكانيكا الإحصائية لدراسة الموسيقى ، ووجد أن قواعدها تظهر في الوسط بين التنافر والتعقيد. في قطعة موسيقية لا رجوع فيها عن الوقت ، قد يساعد الإحساس بالاتجاه في الوقت المستمع المستمع على توليد التوقعات. إذن ، فإن أكثر التركيبات إقناعًا هي تلك التي توازن بين كسر تلك التوقعات وتحقيقها - وهو شعور يوافق عليه أي شخص يتوقع "خطاف" لحن جذاب.
في الوقت نفسه ، قد يكون تفسير النتائج الإحصائية معقدًا بشكل لا يصدق. تحذر إليزابيث مارغوليس ، مديرة مختبر الإدراك الموسيقي بجامعة برينستون ، من أنه تم أخذ الألحان فقط في الدراسة. كما أنها تطرح قضية العوامل الثقافية: المستمعون من ثقافات مختلفة يرون الموسيقى بشكل مختلف. كما يشرح بيريزوفسكي ، غالبًا ما يضع الفيزيائيون افتراضات مبسطة لالتقاط جوهر الأنظمة المعقدة بطريقة أخرى. يعمل هذا جيدًا في دراسة الآليات الإحصائية لمجموعات الذرات ، ولكن قد يكون لها استخدام محدود للموسيقى ، والتي تعتبر ، بالنسبة للكثيرين ، أكثر من مجرد مجموعة من الأصوات. يقول مارغوليس: "الأدوات الكمية ضرورية" للدراسات الإحصائية للموسيقى ، ولكن دمجها مع "البصيرة الثقافية الحساسة من المرجح أن يؤدي إلى نتائج مفيدة".
يشعر Martínez-Mekler بالحماس بشأن مقدار المزيد الذي يمكن تعلمه. أولاً ، يمكن تطبيق الأدوات الإحصائية التي طورها هو ومؤلفوه المشاركون على ثروة من التراكيب المعاصرة والعالمية. بترديدًا لمارجوليس ، يود أن يأخذ في الاعتبار التناغم والإيقاع ، بالإضافة إلى اللحن ، في التحليلات المستقبلية.
يقول غونزاليس إسبينوزا: "الموسيقى ظاهرة معقدة للغاية نشأت عن العديد من التفاعلات أو التركيبات المختلفة في المجتمع" ، معترفًا بالتعقيدات الكامنة في دراستها. لكنه يثق في أن الهياكل التي نجدها ممتعة في الموسيقى تعكس شيئًا ما عن الطريقة التي نسمع بها أفكارنا داخل رؤوسنا. بدأ هذا البحث للتو في إثبات أنه ، من خلال التأليف ، يقوم الموسيقيون العظماء بترجمة بعض أنماط عقولنا إلى ترتيب الموسيقى.