Kuantum Müzik: Müzik Kuantum Fiziğine, Kuantum Fiziği Müziğe Neler Katabilir?

Antik kaynaklara göre 2500 yıldan fazla bir süre önce Pisagor, müziğin içindeki matematiği, bir demirci dükkanının önünden geçerken keşfetmiştir. Demirci ustasının, demir döverken kullandığı aletlere göre farklı sesler çıkarması Pisagor'un ilgisini çekmiş, demirci ustasına çeşitli aletler kullandırarak, çıkan sesleri dinlemiş ve incelemiştir. Demircilerin çıkardığı çekiç sesleri arasındaki uyumdan etkilenerek "ses"in matematiksel bir oran dahilinde ortaya çıkmasının harmoni ölçüsü ile olan ilişkisini araştırmıştır. Deneylerini daha sonra cam, çan ve tellere de genelleştirmiştir.

Wikipedia

Pisagor, Evren'in insan kulağı tarafından duyulmayan ilahi bir ahenk ile uğuldadığına inanıyordu. Buradan hareketle, müzik teorisindeki keşiflerini gök cisimlerinin davranışlarına da uygulamıştır. Merkür ve Venüs gibi ardışık yörüngeler arasındaki aralıkları "ton" veya "yarım ton" (müzik ölçeğindeki en küçük aralıklar) olarak nitelendirmiş ve mükemmel uyumlu bir doğal düzen oluşturan yedi tam tonu keşfetmiştir.

Bir tel titreştirildiğinde ürettiği notanın perdesi, telin uzunluğu ile ilgilidir. İki telin uzunlukları basit bir oranda olduğunda (1/2, 2/3, 3/4 vb.) notalar birbiri ile uyumlu hale gelmektedir.

Pisagor, bu deneylerde tel uzunluğuna bağlı olarak değişen ses oktavını araştırırken "Pisagor gamı" olarak bilinen üç farklı ses aralığına sahip gamı keşfetmiştir. Örneğin bu gam, sekiz notalık bir oktava yerleştirilen fa, do, sol, re, la, mi, si sesleri ile kurulur. Keşfettiği bu sayısal oranlardan hareketle üzerinde durduğu ses aralıkları ile harmonik oktavlar, pentatonik, diyatonik ve kromatik ses dizilerini de elde etmeyi başarmıştır.

The History of Philosophy, Thomas Stanley

O dönemde gökbilimciler de sabit yıldızların evrenin sınırını tanımlayan büyük siyah bir küreye bağlı olduğunu düşündüler. Bunun için gezegenlerden her birinin kendi küresi üzerinde olacak şekilde hareketli kürelere bağlanması gerekiyordu. Ancak bu küreler siyah olamazdı, aksi takdirde arkadaki yıldızların hiçbiri görülemezdi. Yani gezegenlerin bağlı olduğu bu küreler kristal küreler olmak zorundaydı. Gökbilimcilerin o dönemde bildiği "gezegenler" şunlardı: Ay, Merkür, Venüs, Güneş, Mars, Jüpiter ve Satürn. Yani yedi tane kristal küre vardı.

Soru şuydu: Sayı neden yedi? Yunanlılar için cevap açıktı: Pisagor, matematiğin doğadaki fenomenleri açıklayabileceği yönündeki büyük atılımını yeni gerçekleştirmişti ve şimdi müzik ölçeğinde neden yedi nota olduğunu da anlayıp açıklayabiliyordu. Bu nedenle, yedi kristal kürenin olmasının nedenini bu duruma bağlıyorlardı. Gökbilimciler o kadar ikna oldular ki ortaya çıkan bu düzen için "Kürelerin Müziği" terimini kullandılar. Bu kavram o kadar güçlüydü ki astronomiyi 1500 yıl boyunca yoldan çıkarmayı da başardı!

Fizikte Müzik

Modern fizik, 1900'lerin başında kuantum mekaniği ve görelilik teorileri ile başladı. Aslında kuantum mekaniği kavramının, Pisagor'unkine çok benzer bir süreçle ortaya çıktığı da söylenebilir. Niels Bohr, hidrojen atomunu fiziksel bir sistem olarak kabul etti ve hidrojenin karakteristik frekanslarını (yani bir hidrojen lambasının ürettiği ışığın renklerini) incelediğinde frekanslar arasında bazı basit ilişkiler buldu (3²/4² gibi oranlar).

Kim bilir, belki de Fransız fizikçi Louis de Broglie elektronların ve diğer madde parçacıklarının dalga doğasını önerdiğinde, aklında müzikal armoniler geziniyordu! De Broglie, elektronları çeşitli frekanslarda duran dalgalar olarak tanımlayarak, Niels Bohr'un atom modelinin farklı enerji seviyelerinin doğal olarak nasıl ortaya çıktığını gösterdi ve böylece ışığın dalga teorisini parçacıklara genelleştirdi. Tıpkı bir gitar telinin belirli sesleri üretmek için belirli şekillerde titreştirilebildiği gibi, de Broglie de elektronların belirli frekanslara ve enerji seviyelerine karşılık gelen belirli kalıplarda salınmaya zorlandığını ileri sürdü.

İçinde yaşadığımız 3+1 boyutlu uzay-zaman, uyumlar üzerine kuruludur. Müzikte armoni de farklı notaların aynı anda kullanılmasıyla ortaya çıkan ses uyumudur. Müzikçilerin ve fizikçilerin hissettiği bu enfes uyum, kulağa en hoş gelen müzikal gamların ve aralıkların altında matematiksel desenlerin izleri ile kuantum teorisinin kalbindeki olasılık dalgalarını da içermektedir.

Fotonlar ışığın enerji yüklü "paketlerini" taşırken, başka bir "paket" de sesi taşır: fononlar. Müzik, hava parçacıklarının mekanik titreşimi olduğundan ve kuantum mekaniği de mikro dünyadaki titreşimleri ve etkileşimleri incelediğinden, bu iki dünyanın ilişkisini incelemek için bir metodoloji oluşturulabilir.

Kuantum mekaniği; atomların, parçacıkların ve elektronların mantığını farklı kurallara uyarak açıklayan içinde müziğin olmadığı bir mikro dünya teorisidir. Müzik ise, klasik Newton mekaniği ile tanımladığımız dünyanın doğal bir parçasıdır. Müzik ve fizik arasındaki ilişkiyi anlamak için, öncelikle kuantum mekaniği ve klasik mekanik arasında ayrım yapmamız gerektiği açıktır: Aslında her iki teori de, açıklamaya çalıştıkları nesnelerin dünyaları için (kuantum mekaniği için "mikro", klasik fizik için "makro" dünya) "doğru"dur. Ancak dünyayı açıklamak için bu iki teori aynı anda kullanıldığında, bazı sorunlar ortaya çıkmaktadır. Newton mekaniği yaklaşımları ile en küçük parçacıkların garip davranışları açıklanamazken, kuantum mekaniği de çoğu insan için günlük yaşam deneyimleri ile uyumluluk göstermez. Burada verilebilecek en güzel örnek, büyüleyici bir kuantum fenomeni olan Schrödinger'in Kedisi'dir. Ünlü kedimizin başına gelen, aynı anda hem canlı hem de ölü olma durumudur. Bu durum, süperpozisyon ilkesi ile (madde dalgalarının üst üste binmesi) mümkün kılınan, iki temel ve çok farklı sonucu etkileyebilen bir durum olarak karşımıza çıkıyor.

Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger, de Broglie'nin fikrini ünlü dalga denklemini daha da ileri götürdü ve küresel harmonikler olarak bilinen üç boyutlu titreşimleri geliştirdi. Küresel harmonikler, duran dalga modellerinden biraz daha farklıdır, çünkü bu yapı, elektron davranışının daha zengin bir tanımını sunan küreler gibi daha geniş bir tanımlama sunarlar.

Bununla birlikte Alman fizikçi Max Born, meslektaşları de Broglie ve Schrödinger'in aksine, dalga karakterini sergileyen elektronların kendisinin değil, en olası konumlarını gösteren olasılık dağılımlarının olduğunu ileri sürmüştü. Schrödinger de Einstein da Born'un istatistiksel yorumundan çok keyif almasalar da, bu yeni görüş, "standart görüş" olarak yerini almıştı.

İşte "çılgın" ama gerçek olarak evren anlayışımızı düzenleyen bu teoriler Büyük Patlama'dan bu yana her yerde tıkır tıkır çalışıyor. Dolayısıyla sanat içinde de yerini almalı. Peki ama nasıl ve nerede? Fizikçiler, "evrenin müziğine" kulak verirlerse, müzisyenler bu duruma nasıl karşılık verir?

Reddit

Müzikte Fizik

Bir an için "klasik dünya" ve "kuantum dünya" arasındaki farkı gözlemleyelim: Klasik mekaniğin makroskopik ölçekte doğayı tanımladığını biliyoruz. Kuantum mekaniği ise doğayı en küçük ölçekte tanımlamakta. Bu fizik teorilerini ve tarihini, müzikoloji içinde yorumlamak ise biraz zorlu olsa gerek. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinden gelen ilhamın müzikteki beste sürecini etkilemesine izin vermek için, bu iki farklı alanı kuantum müzik teorisi içinde incelemek gerekliliği ortaya çıkmıştır.

Bu ihtiyaç üzerine sanatsal bir yansıma olarak müzik teorisine ve tarihine bir kapı aralayalım. Müzik tarihinde klasik ve klasik olmayan iki kısımdan bahsedecek olursak, klasik öncesi (ritüel) müzik ve modern (klasik sonrası) müzik olarak da ayrım yapabiliriz.

"Klasik müzik", Batı dünyasında tarih ve sanat müziğini birbiri ile ilişkilendiren bir terim olarak ortaya çıkmıştır. Klasik müzik, 1750'den 1820'ye kadar olan dönemde Mozart ve Haydn gibi bestecilerin besteleri ile zirve yaşamıştır. Bu dönemde müzik, kontrollü perdelere, majör ve minör yapıların ikili (2-tonic) paralel anahtarlarına, çoğunlukla simetrik sürelere (4, 8, 16 bar), simetrik (çift) ölçülere (4/4 ve 2/4), simetrik yapılara (AA, ABA, AABA, ABACADA) ve melodinin açıkça ayırt edilen rolleri olan armoni ve baslara bağlıdır. Bu tüm parametreler, klasik müziğin çağdaş dönem dışavurumları olarak görülen pop, rock vb. yakın dönem müzik türlerinde de hala tam olarak kullanılmaktadır.

Kuantum devrimi, müzikal modernizmin bazı bölümlerinde (Viyana ve Darmstadt Okulu vb.), diğer kısımlarına göre daha yoğun olarak dikkat çekmeyi başardı. Tonalite, armoni ve klasik yapıların yanı sıra ses ve ritim de yeniden ele alındı. John Cage'in (Cage 1961) müziği ve Merce Cunningham'ın koreografisi klasik beste yapma biçimini değiştirdi ve kuantum mekaniği gibi yeni bir perspektiften görülebilen rastgelelik ve sessizlik keşfedildi. György Ligeti'nin Poème senfonisi (1962), John Cage'in 4'33" (1952) ve Steve Reich'in Sarkaç Müziği (1968), aslında olasılıklar fenomeni olarak kuantum mekaniği içeren ünlü modern klasiklerimiz.

Kuantum teorisi, müzik teorisinin anlaşılması yolunda geleneksel (klasik) yaklaşımda olmayan sesler ve formların elde edilmesi için yeni fikirlerin, yeni olasılıkların ve yeni yöntemlerin ortaya çıkmasını sağladı. Maddenin ve anti-maddenin sesi, kuantum sıçrama frekansları üzerine kurulu ölçekler, sessizliğin müziği, zaman algımız nedeniyle duymadığımız müzik vb. çok ilginç konular müziğin “klasik” anlayışından, müziğin "kuantum anlayışına" uzanan müzik teorisi ve uygulamalarına yepyeni bir boyut katacaktır.

Ortaya Çıkan Sanat: Kuantum Müzik

20. yüzyıl sanatının özelliklerinden biri, ilk yıllarda kübizm ve sürrealizmden soyut dışavurumculuğa ve matematiksel boyutların karmaşıklığına kadar giderek artan soyutlama düzeyidir. Peki, 21. yüzyılda başka hangi soyutlamaların ortaya çıkmasını bekleyebiliriz?

Viyana Teknoloji Üniversitesi'nde teorik fizikçi olan Karl Svozil ve arkadaşı Volkmar Putz'un çalışmaları sayesinde buna bir cevap alıyoruz. Bu bilim insanları, kuantum teorisinin tuhaf özelliklerini kullanarak müziği temsil etmenin bir yolunu bulmuşlar. Ortaya çıkan sanat, müziğin kuantum teorisinin eşdeğeri ve kuantum dünyasının birçok tuhaf özelliğini göstermekte. Svozil ve Putz işe, bir notayı veya nota oktavını kuantum mekaniksel biçimde temsil etmenin nasıl mümkün olabileceğini tartışarak ve kuantum müziği işlemek için bazı matematiksel araçlar geliştirerek başladılar ve bir kuantum oktavdaki yedi notayı, olasılıkları bire eşit olan bağımsız olaylar olarak düşündüler. Bu senaryoda, kuantum müzik, yedi boyutlu Hilbert uzayı olarak bilinen matematiksel bir yapı ile temsil edilebilir. Saf bir kuantum müzik durumu, her biri ile ilişkili belirli bir olasılıkla yedi notanın doğrusal bir kombinasyonundan oluşacaktır ve bir kuantum melodisi, böyle bir durumun zaman içindeki evrimi olacaktır.

Böyle bir melodiyi dinleyen bir dinleyici olsaydı herhalde oldukça tuhaf bir deneyim yaşardı. Klasik dünyada, dinleyicilerin her biri bir müzikte aynı nota dizisini duyar. Ancak bir kuantum müzik durumu gözlemlendiğinde, müzik onu oluşturan notalardan herhangi birine yığılabilir. Bu durumda, oluşan nota tamamen rastgeledir, ancak meydana gelme olasılığı, durumun kesin lineer yapısına bağlı olacaktır. Bu süreç tüm gözlemciler için rastgele olduğu için, ortaya çıkan nota her dinleyici için aynı olmayacaktır.

Klasik bir dinleyici bir ve aynı kuantum müzikal kompozisyonu çok farklı algılayabilir.

Svozil ve Putz buna "kuantum paralel müzikal yorumlama" diyor. Çalışmalarında örnek olarak, C (do) ve G (sol) gibi iki nota kullanılarak oluşturulan bir kuantum sistemin özelliklerini tanımladılar. Bir dinleyicinin bu kuantum durumların %64'ünde C notasını ve %36'sında G notasını nasıl algılayabileceğini gösterdiler. İki notadan oluşan bir kuantum melodisinin dört olası sonuca nasıl yol açtığını şu örnek yapı ile aktardılar: Bu dört olasılık, önce C ardından G, önce G ardından C, önce C ardından C ve önce G ve ardından G ile oluşturuldu ve belirli bir müzik performansı sırasında bir dinleyicinin bunları deneyimleme olasılığı hesapladılar.

Böylece bir kuantum kompozisyon, performans sırasında çok farklı şekillerde kendini gösterebilir.

Bu ifade, bir kuantum melodinin dünyadaki ilk tanımını oluşturmaktadır.

Araştırmacılar, müzik bağlamında ilginç bir fenomen olan kuantum dolanıklığı da tartışmaya devam etmiştir. Kuantum dolanıklık kısaca, evrenin farklı yerlerinde olsalar bile aynı kuantum durumu paylaşabilen kuantum nesneler arasındaki bağlantıdır. Bu nedenle, biri üzerinde yapılan ölçüm, aralarındaki mesafeden bağımsız olarak diğerini hemen etkilemektedir. Kuantum müzik dünyasında ise bunun tam olarak nasıl bir biçim alabileceği tam olarak henüz belli değil. Ancak, evrenin bir bölümünde kuantum melodisini dinleyen bir dinleyicinin, evrenin başka bir bölümünde kuantum melodisini etkileme olasılığını ortaya çıkaracağı sonucu aşikar.

Svozil ve Putz ayrıca kuantum müzik için bir notasyon geliştirme konusunda da oldukça başarılı durumdalar.

Springer

Bu kurulan notasyon, müzikal kompozisyonu yeni bir soyutlama düzeyine taşıyacaktır. Ancak ortada bir sorun var: Kuantum müziğin nasıl yaratılacağını veya bir insanın bunu nasıl deneyimleyebileceğini kimse henüz bilmiyor. Svozil ve Putz'un çalışmaları şimdilik tamamen teorik düzeyde yapıldı. Bu durum, yazarların veya başka birinin kuantum müzikal bir beste yapmasını engellemeden sıradan bir bilgisayar ve bir kulaklık seti kullanarak efekti simüle etmek kadar basit olmalı. Yani kuantum müzik yerine belki de kuantum müzik simülasyonunu deneyimleyebiliriz.

Bu çalışma, diğer sanat formları için de etkileri olan çok ilginç bir çalışma. Peki bu durumda her gözlemci için değişen kuantum heykele ne dersiniz?

Özetle, kuantum sanatı ya da en azından simülasyonu artık bilim ve sanat buluşması ile kapımıza dayandı. Bu yüzden yakında bir gün müzik listelerinin altını üstüne getirmiş bir kuantum melodisi duyarsanız hiç şaşırmayın.

Sonuç

2008 yılına dek, bilim insanı olmayanların çoğu LHC (Large Hadron Collider) hakkında Dünya'yı yutacak minyatür bir kara delik yaratabileceğine dair çıkan çarpıtılmış iddiaların dışında çok az şey biliyordu. Tüm LHC keşiflerinin müzikal bir özeti olan "Large Hadron Rap"i yazan CERN fizikçisi Kate McAlpine şöyle diyor:

Parçacık fiziği çoğu insan için oldukça ezoterik, bu yüzden bu büyük, pahalı makinenin ne için olduğu ve neden bu kadar heyecan verici olduğu hakkında temel bir anlayış verebilecek sözler yazmak istedim. Birçok öğretmen ve veli, derslerde kullanılmak üzere rap videoları talep etti veya çocuklarının "Large Hadron Rap"i ne kadar çok sevdiklerini söylemek için temasa geçti. Bence Large Hadron Rap'in gençler arasında gerçekleştirdiği en büyük şey; bilimi, hayvanları parçalara ayırmaktan, maddeleri beherlerde karıştırmaktan ve eğimli düzlemlerde topları yuvarlamaktan çok daha etkili bir şey olarak karşımıza çıkıyor.

Ayrıca yine CERN'de yapılan Higgs bozonuna yönelik deneylerden ilham alarak hazırlanan metal müziğe de kulak verebilirsiniz: