AlloSféra je tři patra vysoká železná koule umístěná v bezdozvučném sále. Můžete si ji představit jako velký dynamicky se měnící digitální mikroskop, který je připojený k superpočítači. Uvnitř je most pro 20 výzkumníků, kteří se zde mohou kompletně ponořit do svých dat.
The AlloSphere: it's a three-story metal sphere in an echo-free chamber. Think of the AlloSphere as a large, dynamically varying digital microscope that's connected to a supercomputer. 20 researchers can stand on a bridge suspended inside of the sphere, and be completely immersed in their data.
Představte si, že by tým fyziků mohl stát uvnitř atomu, slyšet a vidět rotující elektrony. Představte si, že by se skupina sochařů mohla procházet mezi atomovými vazbami, a takto sochat své dílo. Představte si, že by tým chirurgů mohl vlétnout do mozku, tak jako by šlo o normální svět, vidět tkáně jako krajinu, slyšet úroveň hustoty krve jako hudbu. Tak přesně toto jsou příklady výzkumu, který je a bude prováděn v AlloSféře.
Imagine if a team of physicists could stand inside of an atom and watch and hear electrons spin. Imagine if a group of sculptors could be inside of a lattice of atoms and sculpt with their material. Imagine if a team of surgeons could fly into the brain, as though it was a world, and see tissues as landscapes, and hear blood density levels as music. This is some of the research that you're going to see that we're undertaking at the AlloSphere.
Ale nejprve si povězme trochu o skupině umělců, vědců a inženýrů, kteří zde společně pracují. Já jsem skladatelka s orchestrálním výcvikem, a také vynálezce AlloSféry. Společně s kolegy specializujícími se na vizuální umění mapujeme komplexní matematické algoritmy, které se vizuálně a zvukově rozvíjejí časem a prostorem. Naši kolegové vědci v těchto informacích hledají nové vzorce. A naši inženýrští kolegové staví jeden z největších dynamicky proměnných počítačů používaných pro tento způsob zkoumání dat. Vezmu vás na průlet pěti výzkumnými projekty AlloSféry. Začneme u makroskopických biologických dat, a skončíme až u rotujících elektronů.
But first a little bit about this group of artists, scientists, and engineers that are working together. I'm a composer, orchestrally-trained, and the inventor of the AlloSphere. With my visual artist colleagues, we map complex mathematical algorithms that unfold in time and space, visually and sonically. Our scientist colleagues are finding new patterns in the information. And our engineering colleagues are making one of the largest dynamically varying computers in the world for this kind of data exploration. I'm going to fly you into five research projects in the AlloSphere that are going to take you from biological macroscopic data all the way down to electron spin.
První projekt se jmenuje AlloMozek [AlloBrain]. Jde o náš pokus o kvantifikování interakcí, jimiž spolu komunikují části mozku, a při tom být svědky něčeho nádherného. Právě prolétáte mozkovou kůrou mého kolegy. Našim vypravěčem jsou skutečná fMRI data, zvukově a vizuálně zmapovaná. Mozek je nyní světem, kterým můžeme létat, a na který můžeme působit. Můžete zde vidět 12 inteligentních počítačových agentů, tady ty malé obdélníky, které prolétají mozkem společně s námi. Měří úrovně hustoty krve. A zvukově nám je sdělují. Vyšší hustota znamená více aktivity v dané části mozku. V podstatě nám tito agenti o hustotě zpívají, čím vyšší tón, tím větší hustota.
This first project is called the AlloBrain. And it's our attempt to quantify beauty by finding which regions of the brain are interactive while witnessing something beautiful. You're flying through the cortex of my colleague's brain. Our narrative here is real fMRI data that's mapped visually and sonically. The brain now a world that we can fly through and interact with. You see 12 intelligent computer agents, the little rectangles that are flying in the brain with you. They're mining blood density levels. And they're reporting them back to you sonically. Higher density levels mean more activity in that point of the brain. They're actually singing these densities to you with higher pitches mapped to higher densities.
Nyní se přesuneme od skutečných biologických dat k biogenerujícím algoritmům, které v naší nadcházející vědecko-umělecké prezentaci tvoří umělou přírodu. V této prezentaci nám biogenerující algoritmy pomáhají porozumět samogeneraci a růstu. Toto je velice důležité výzkum zabývající se nanosvětem. Pro umělce tvoříme nové světy, které mohou být poté prozkoumány. Tyto generativní algoritmy s postupem času rostou, vzájemně se ovlivňují a komunikují jako roj hmyzu. Naši badatelé tyto data také ovlivňují, například vkládáním bakteriálních kódů, což jsou počítačové programy, a tím umožňují těmto stvořením další růst. Nyní se přesuneme z biologického a makroskopického světa, do světa atomů. Nyní prolétáme atomovými mřížkami. Toto jsou skutečná data z mikroskopie atomárních sil od mých kolegů z Centra pro svit a energii pevných látek, kteří objevili novou vazbu, nový materiál pro transparentní solární panely.
We're now going to move from real biological data to biogenerative algorithms that create artificial nature in our next artistic and scientific installation. In this artistic and scientific installation, biogenerative algorithms are helping us to understand self-generation and growth: very important for simulation in the nanoscaled sciences. For artists, we're making new worlds that we can uncover and explore. These generative algorithms grow over time, and they interact and communicate as a swarm of insects. Our researchers are interacting with this data by injecting bacterial code, which are computer programs, that allow these creatures to grow over time. We're going to move now from the biological and the macroscopic world, down into the atomic world, as we fly into a lattice of atoms. This is real AFM -- Atomic Force Microscope -- data from my colleagues in the Solid State Lighting and Energy Center. They've discovered a new bond, a new material for transparent solar cells.
Prolétáme skrz 2000 mřížek atomů kyslíku, vodíku a zinku. Tady vidíte vazby tvaru trojúhelníku. Tvoří je čtyři modré atomy zinku vázané na jeden atom vodíku. Vidíte tok elektronů, který jsme my umělci vygenerovali pro vědce. Toto jim umožňuje najít uzly vazeb v jakékoliv mřížce atomů. Myslíme si, že jde o nádherné strukturální umění. Zvuky, které zde slyšíte, jsou skutečnými emisními spektry atomů. Namapovali jsme spektra na zvuky. Takže vám zpívají. Kyslík, vodík i zinek mají každý svoji vlastní hudební signaturu. Nyní se přesuneme ještě hlouběji. Přesuneme se z mřížky atomů k jednomu jedinému atomu vodíku.
We're flying through 2,000 lattice of atoms -- oxygen, hydrogen and zinc. You view the bond in the triangle. It's four blue zinc atoms bonding with one white hydrogen atom. You see the electron flow with the streamlines we as artists have generated for the scientists. This is allowing them to find the bonding nodes in any lattice of atoms. We think it makes a beautiful structural art. The sound that you're hearing are the actual emission spectrums of these atoms. We've mapped them into the audio domain, so they're singing to you. Oxygen, hydrogen and zinc have their own signature. We're going to actually move even further down as we go from this lattice of atoms to one single hydrogen atom.
Pracujeme společně z kolegy fyziky, od kterých jsme dostali matematické výpočty [časově závislé Schrödingerovy rovnice v trojrozměrném prostoru]. To, co zde nyní vidíte, je superpozice elektronu na spodních třech orbitách atomu vodíku. Můžete vidět a slyšet, jak se elektron pohybuje. Ty bílé tečky jsou pravděpodobnostní vlny, které ukazují, kde se elektron v této tří-orbitální konfiguraci v daném časoprostorovém okamžiku nachází. Za okamžik se přesuneme ke konfiguraci se dvěma orbity. Zde si všimněte pulzování. Nyní můžete mezi zvuky slyšet určité vlnění. Jde vlastně o světelný zářič. Jakmile začne zvuk pulzovat, naši fyzici jsou schopni poznat, kdy bude emitován foton.
We're working with our physicist colleagues that have given us the mathematical calculations of the n-dimensional Schrödinger equation in time. What you're seeing here right now is a superposition of an electron in the lower three orbitals of a hydrogen atom. You're actually hearing and seeing the electron flow with the lines. The white dots are the probability wave that will show you where the electron is in any given point of time and space in this particular three-orbital configuration. In a minute we're going to move to a two-orbital configuration, and you're going to notice a pulsing. And you're going to hear an undulation between the sound. This is actually a light emitter. As the sound starts to pulse and contract, our physicists can tell when a photon is going to be emitted.
Začínají v těchto kalkulacích objevovat nové matematické struktury. A více a více tak rozumí kvantové matematice. Ponořme se nyní ještě hlouběji. Pojďme se podívat na rotaci jednoho elektronu. Toto je poslední projekt, který vám dnes ukážu. Naši kolegové v Centru pro kvantové výpočty a spintroniku měří pomocí laserů nesoudržnosti během rotace elektronu. My jsme vzali tyto informace a vytvořili z nich matematický model. To, co tady vidíte a slyšíte, je kvantový tok informací. Toto je velice důležité pro další krok v simulacích kvantových počítačů a dalších výpočetních technologií.
They're starting to find new mathematical structures in these calculations. And they're understanding more about quantum mathematics. We're going to move even further down, and go to one single electron spin. This will be the final project that I show you. Our colleagues in the Center for Quantum Computation and Spintronics are actually measuring with their lasers decoherence in a single electron spin. We've taken this information and we've made a mathematical model out of it. You're actually seeing and hearing quantum information flow. This is very important for the next step in simulating quantum computers and information technology.
Ukázala jsem vám krátké příklady, které by vám měly dát určitou představu o práci, kterou děláme na Kalifornské Univerzitě v Santa Barbaře. Práci, která přivádí umění, vědu a inženýrství, do nového věku matematiky, vědy a umění. Doufáme, že všichni co jste tady, se přijdete na AlloSféru podívat, a inspirujete nás v našem hledání o nových způsobech, kterými je možno tento unikátní přístroj použít. Velice vám děkuji. (Potlesk)
So these brief examples that I've shown you give you an idea of the kind of work that we're doing at the University of California, Santa Barbara, to bring together, arts, science and engineering into a new age of math, science and art. We hope that all of you will come to see the AlloSphere. Inspire us to think of new ways that we can use this unique instrument that we've created at Santa Barbara. Thank you very much. (Applause)