V roce 1915 Albert Einstein představil svou teorii obecné relativity. Předpověděl, že masivní, kompaktní, zrychlující se objekty způsobí vlnění ve struktuře časoprostoru – gravitační vlny. A přesto věřil, že jsou příliš slabé na to, aby je vůbec někdo odhalil. I kdyby byly gravitační vlny generovány těmi nejhmotnějšími objekty ve vesmíru, vyžadovaly by neuvěřitelně sofistikované a citlivé přístroje, které byly v jeho době sci-fi.
O sto let později, po více než dvacetiletém úsilí, je laserová interferometrová gravitační vlnová observatoř (LIGO) americké Národní vědecké nadace téměř připravena spustit se při hledání kataklyzmatických událostí ve vzdálených galaxiích.
Jako filmař jsem měl to štěstí, že jsem mohl produkovat dva filmy o LIGO a díky těmto projektům jsem mnohem hlouběji porozuměl vědě a lidskému úsilí, které je k takovému úsilí zapotřebí.
Při výrobě prvního filmu „LIGO, vášeň pro porozumění“pro LIGO Collaboration a Caltech jsem dostal výzvu sdílet nadšení a odhodlání těch, kteří zasvětili svou kariéru projektu, u něhož není zaručen úspěch. hledání něčeho, co sám Einstein považoval za nemožné.
První film však nevysvětloval, jak se tato vášeň a znalosti přenášejí mezi několik generací vědců po více než dvacet let. Kromě pokynů HOWTO a uživatelských příruček a nesčetných dokumentů na různých serverech jsem se rozhodl zjistit, jak lidská zkušenost z vědeckého výzkumu přesahuje to, co uchováváme v našich digitálních archivech.
1. Harley Davidsons k supernovám
Když jsem poprvé diskutoval o tomto filmu s Marco Cavaglià – vědcem zabývajícím se charakteristikou detektorů na LIGO-Livingston a profesorem na University of Mississippi – napůl jsme žertem uvažovali o zahájení Cavagliovým příjezdem na observatoř LIGO-Livingston na jeho Harley Davidson.
Do e-mailového vlákna byl zahrnut Michael Landry, vedoucí vědec a projektový manažer v LIGO-Hanford, stejně zanícený motocyklový nadšenec (závodní odrůdy). Odpověděl: "Pokud jde o Marca, jezdí na *americké* motorce. Který sebeúctyhodný consigliere jezdí na chvějícím se, nevyváženém monstru s tlačnou tyčí s motorem traktoru ze 40. let? Bojte se tichého Kanaďana na italském kole!"
Tím byla dohoda zpečetěna. Otevřeli bychom s Italem na americkém kole.
Měl jsem v úmyslu upravit "LIGO Generations" na autentickou partituru z Louisiany. Ano, mnoho filmů hrálo na hudbě New Orleans, ale kolik z nich prezentovalo století blues a jazzu a učilo o gravitačních vlnách?
Když jsme Gabriela Gonzales, mluvčí LIGO Collaboration, Cavaglià a já psali scénář k animované sekvenci, ve které Gaby popisuje různé typy gravitačních vln, představoval jsem si cestu z blízké galaxie zpět na naši domovskou planetu, ze zdroje vlny do naší sluneční soustavy.
Jak bych mohl začít se supernovou a přijet na motorce? Věděl jsem, že to nebude snadné, protože dvojnásobný rozpočet celého filmu by nestačil na to, abychom najali VFX umělce, aby vytvořil takovou vizuální odyseu.
Plavba simulovaným vesmírem
Stáhl jsem a otestoval půl tuctu simulátorů sluneční soustavy, galaxie a vesmíru, software, který uživateli umožňuje pohybovat se ve vesmíru téměř bez omezení. Některé z těchto aplikací se vyvinuly ze softwaru určeného k provozování planetária, zatímco jiné jsou postaveny na herních základech. Universe Sandbox, Digital Universe a Celestia byli posledními uchazeči.
Nakonec Celestia nabídla nejflexibilnější zapojení naší galaxie se snadno dostupnými zásuvnými moduly pro texturové mapy s vysokým rozlišením, 3D modely většiny satelitů a sond NASA (a pro každý případ kosmickou loď z roku 2001: Vesmírná odysea) a schopnost létat po drátě bez předchozího učení skriptovacího jazyka.
Se zapnutým snímáním obrazovky jsem byl dva po sobě jdoucí dny úplně ponořen, procházel jsem se kolem naší sluneční soustavy, dovnitř a ven z Mléčné dráhy. Proletěl jsem desítkami dvojhvězdných soustav, dokud jsem nenašel jednu, která tančila, jak jsem si představoval. Prozkoumal jsem měsíce Jupiteru (jen proto, že tam jsou) a dostihl Voyager, jak uháněl z naší sluneční soustavy. Navzdory tomu, že Celestia nebyla několik let udržována a vykazovala známky nezaujaté komunity, byl jsem ztracen v její 4D magii, zcela pohlcen.
Použití umění ve jménu vědy
Můj VFX umělec Leonardo Buono a já jsme strávili nespočet hodin prací s Cavaglià, aby byly animace tak akorát. Bez hledání matematických modelů ani jednoduchých kreslených filmů není snadné získat rovnováhu. S moderními fyzikálními motory v rukou nadaného umělce je neuvěřitelné, co všechno lze vyrobit. Pro mě nejdůležitější: Mějte vypravěče neustále na obrazovce, protože je to lidský příběh, který si skutečně zachovává zájem.
Spolu s mým zvukovým inženýrem a talentovaným nahrávacím umělcem Joem Chilcottem (ten, který je ve filmu zabalen do LIGO Science & Education Center), jsem strávil šest týdnů vyjednáváním s velkou trojicí držitelů hudebních práv ve snaze licencovat pouze jednoho Píseň Louise Armstronga. Celý náš rozpočet ohrožovala pouze hudební partitura, a tak jsme přistoupili ke kreativním řešením. Našli jsme Jacoba Dupreho, hudebníka a skladatele páté generace z New Orleans a prostřednictvím praktického týmu v Audio Network, celé století louisianských partitur.
Zadal jsem Chilcottovi úkol nahrát "St. James Infirmary" z 18. století (proslavený Louisem Armstrongem na počátku 20. století) ve dvou variantách: Záznam živé kapely v tradiční formě (během časosběrné mezihry filmu, která začíná kamera v zátoce); a budoucí verze, která zní, jako by mohla fungovat jako prvek ve Vangelisově Blade Runnerovi. Jen v této funkci mě Joe vyhodil pryč.
Ale jen dva týdny předtím, než jsme začali živě, jsem se odvážil na Wikipedii, abych si přečetl historii slavného "St. James Infirmary", jen abych se dozvěděl, že texty byly o umírání na pohlavní choroby.
Proč "Farside"? Přečtěte si stejnojmenný sci-fi román Bena Bovy a užijete si most od moderní radioastronomie k LIGO k potenciální budoucnosti ještě pokročilejší astronomie a hledání života na jiných planetách.
To je to, co dělá filmování tak poutavé, tak příjemné. Nejsou to jen počítačem generované speciální efekty, jsou to lidské příběhy oživené tím, co my jako lidé umíme nejlépe – najít řešení složitých a náročných problémů. Naše úsilí udělat tento film správně bylo jen nepatrným odrazem toho, na čem tým LIGO pracoval téměř třicet let. Vyvinuli celou oblast fyziky, aby dokázali matematický vzorec, aby viděli vesmír ve zcela novém světle.
Jak Anamaria, jedna z vědkyň LIGO ve filmu, uzavírá svůj rozhovor, velké vědecké projekty jsou ukázkou toho, co lidé dokážou, když dáme stranou osobní rozdíly, když se soustředíme na jednu pozitivní, nemožnou výzvu a děláme to správně.
Od kajaku po zátoku
V úvodních dnech natáčení jsem měl to štěstí, že jsem mohl sedět s Rainerem Weissem, jedním ze zakládající generace vědců LIGO (dříve zapojeným do Cosmic Background Explorer (COBE) a úspěšného prvního mapování kosmického mikrovlnného pozadí (CMB)); a jeho bývalý student a vědec druhé generace LIGO Nergis Mavalvala, jeden z nejinteligentnějších, nejenergičtějších a nejzapálenějších lidí, které jsem poznal. Všichni čtyři (včetně Toma Kearneyho, můj druhý fotoaparát v Bostonu) jsme jeli na kajaku.
Rainer a Nergis byli zaneprázdněni demonstrací teorie potlačení vln na přídi jejich člunů, zatímco já jsem dělal vše pro to, abych nespadl přes palubu se svým poměrně drahým digitálním filmovým zařízením.
Jen ty dva dny na MIT vytvořily dostatek záběrů pro krátký dokument. Přesto toho mělo přijít mnohem víc.
Do LIGO-Livingston jsem dorazil pouhých 48 hodin po prvním „uzamčení“Advanced LIGO – poprvé, kdy se týmu pro uvedení do provozu podařilo uvést konfiguraci laserového interferometru do správné polohy a podržet ji po dobu čtyřiceti minut (pokud si dobře vzpomínám), dokud menší zemětřesení v Japonsku to opět srazilo.
Proces získání zámku nebyl v té době zdaleka automatický, takže to byla šikovnost vědců LIGO a členů týmu Commissioning, pilotů LIGO: Denis V. Martynov, Rob Taylor, Valera Frolov, Ryan DeRosa a Anamaria Effler. jako servomotory a automatické zpětnovazební smyčky, které takový výkon umožnily. Nakonec tým pro uvedení do provozu pracuje na automatizovaném systému, který automaticky koriguje a nastavuje zrcátka s omezeným lidským zásahem.
V některých ohledech však bylo natáčení v LIGO-Livingston opakem natáčení v Hanfordu. Ve státě Washington mi byla po příjezdu zima, mrazivé zimní větry mi prořezávaly rukavice a čepici, když jsem seděl na střeše, abych zachytil časosběrný západ slunce. V Louisianě byla stoprocentní vlhkost spojená s denními teplotami přes 90 stupňů Fahrenheita ohromující, mé tělo bylo od chvíle, kdy jsem vyšel ven, až do chvíle, kdy jsem se vrátil na klimatizaci, zpocené. Čočka mého fotoaparátu se při přechodu ze sucha do vlhka často zamlžovala, což nějakou dobu vyžadovalo, aby se teplota mého vybavení srovnala s teplotou okolí.
Časosběrný snímek ze střechy LIGO jasně ukazuje, jak silná mlha pokryla můj UV filtr na objektivu rychleji, než jsem ho stačil setřít. Tu noc jsem spal na střeše (jak se říká: „Je snazší získat odpuštění než povolení“), abych zachytil hvězdy nad hlavou a užil si být zase venku. I když bych dal přednost trávě hluboko dole, usoudil jsem, že šance, že mě probudí krokodýl, je méně pravděpodobná deset metrů nad zemí.
Zachycení pohledu drone-eye
Zatímco v Hanfordu jsem dostal jedinečnou příležitost zachytit letecké záběry při létání s Alexou Staleyovou – vědkyní LIGO Hanford a postgraduální studentkou Kolumbijské univerzity – na jednom z jejích výcvikových letů, v Livingstonu jsem si koupil kvadrokoptéru „dron“, ke kterému můj zvukový inženýr Joe a připojil jsem GoPro kameru. Natáčeli jsme do hodiny po nějaké potřebné montáži, vítr narážel na rotory a hrozil, že shodí vzdušného robota do stromů.
Protože jsem nikdy předtím s dronem neletěl, mám štěstí, že jsem havaroval pouze dvakrát – jednou vystřelením z krytého balkónu, ven… ven… přes rybník… a do stromu. Joe a já jsme našli žebřík a o deset minut později jsme byli zpátky v práci. K druhé havárii došlo jen krátce poté, co téměř ztratil vrtulník na pozadí slunce, stovky stop nad zemí a daleko nad vysokými hustými stromy v Louisianě. Zavolal jsem to přes hlavní silnici, kde Cavaglià jen pár vteřin předtím jel na motorce pro úvodní scénu, kdy jsem překorigoval a stříkal dron do bažiny podél silnice.
Sundal jsem si boty a ponožky a vyhrnul si kalhoty, abych prošel bahnem a bahnem, abych získal dron. V tu chvíli kolem projel Joe Gaime, ředitel observatoře, zastavil, zacouval a vystoupil.
Potřásl hlavou as úsměvem řekl: "No, něco takového na LIGO nevidíme každý den."
Byl jsem v rozpacích. Cavaglià se smál. Myslím, že jsem řekl něco jako: "Já, ehm,… opravdu se dostávám do svých filmů," v tu chvíli se vrátil ke svému autu a odjel. Poté, co Gaime zhlédl předběžnou verzi filmu, poslal e-mail, že si chce koupit dron.
3. Noc v muzeu
Ve scéně „rodinného portrétu“v „LIGO Generations“, kde dělám rozhovor se spoluzakladatelem LIGO Rai Weissem a třemi následujícími generacemi vědců, kteří pracují v LIGO, se další generace inspiruje přímo naproti v LIGO Science Education Center (SEC).
Toto zařízení bylo financováno v rámci projektu LIGO jako praktické vědecké centrum pro regionální školy. Třídy procházejí operačním střediskem LIGO a tráví čas ve vědeckém centru, přičemž často získávají první zkušenost s interaktivním učením. Kurzy pro učitele navíc poskytují instruktorům množství informací a zkušeností, které si odnášejí zpět do svých tříd.
Záměrem je poskytnout studentům takovou motivaci, která je bude inspirovat k úvahám o dalším vzdělávání, možná kariéře ve vědě.
Od dětství, kdy mě a mého bratra rodiče vedli po interaktivních vědeckých muzeích, když jsme projížděli zemi v naší dodávce Volkswagen, jsem vždy chtěl strávit noc ve vědeckém muzeu. Zatímco ve vědeckém vzdělávacím centru LIGO nevedli bitvu dinosauři ani ikonické postavy, které vedly útok, vědecké exponáty ožily.
S mým zvukovým inženýrem jsme natočili detailní záběry téměř každého exponátu, aniž bychom věděli, který bude použit v konečné úpravě. Musím přiznat, že to nebylo jen natáčení, ale také učení. Dovolil jsem si stát se znovu dítětem, vidět svět prostřednictvím vzrušení z pozorování.
I když jsem si dával pozor, abych tento film nenatočil výhradně o vzdělávání, mám pro takový dokument dostatek záběrů. William Katzman, Kathy Holt a Tien's Huynh-Dinh, všichni instruktoři na LIGO SEC, sdílejí vášeň pro výuku, která přesahuje rámec učebny. Zapojují pedagogy i studenty, znovu a znovu sdílejí exponáty, jako by byly právě instalovány minulou noc.
Podívejte se na Dinhův stůl (který není nepodobný tomu Holtově nebo Katzmanově) a uvidíte, co znamená nikdy nevyrůst. Ve vědě existuje určitý druh magie, která je stejně vzrušující jako věci z pohádkových knih, protože ji lze reprodukovat a prožívat znovu a znovu, aby ji lidé všech věkových kategorií pochopili a sdíleli.
Technologický pokrok a vědecké objevy totiž otevírají nové dveře celému lidstvu, ale skutečnou naději pro náš druh mi dává neuvěřitelná vášeň, se kterou se věda může a měla učit. Při výuce přírodních věd nesdílíme jen fakta a čísla, ale dáváme studentům nástroje pro deduktivní uvažování, aby se rozhodovali na základě toho, co vidí, zažívají a měří, aby překonali strach, dogmata a pověry.
Doufám, že budu v kampusu, v Hanfordu nebo Livingstonu, až se potvrdí detekce gravitační vlny. Dokážu si jen představit, jak vzrušení a úleva z vize se naplní po téměř třech desetiletích.
To dává „velké vědě“a oddanosti generací, které sdílejí vášeň pro porozumění, zcela nový význam.
