Kvantefysikere kaster nyt lys over hulekunst

Leslie Van Gelder, en kendt amerikansk-født arkæolog har arbejdet sammen med Dr. Harald Schwefel, og andre fysikere ved Otago University for at udvikle en lampe, der efterligner det flimrende fakkellys, som palæolitiske hulekunstnere arbejdede af for mange tusinde år siden. Lamperne vil hjælpe Leslie og andre arkæologer med at afsløre intime detaljer om disse gamle mennesker.

Samarbejdet samler kvantefysikere og arkæologer med oprindelige australske jordejere, hjorteforfølgere, kunstnere, gamle DNA-specialister, universitetsstuderende og en produktdesigner. Historien viser de uventede måder, banebrydende videnskabelig forskning kan berige kulturel forståelse og kulturarv på. Det taler til en vilje og generøsitet i det newzealandske videnskabssamfund til at prøve noget anderledes og hjælpe hinanden.

For titusinder af år siden vandrede oldtidens mennesker i Europa og Australien dybt ind i huler med fakkellys og skabte billeder på væggene af heste, bison, rensdyr og stencil konturer af deres egne hænder. I det flimrende ildskær fra deres gamle lamper, figurerne ser ud til at bevæge sig. Skyggerne på de buede hulevægge gav dem en illusion af volumen og liv, og farverne så blækrige og dybe ud. Sådan ville de gamle kunstnere have set deres arbejde. Men i de sidste par årtier er åben ild blevet forbudt i historiske huler, og de LED-lys, der erstattede dem, har fjernet meget af mysteriet.

"Det flade grå og hvide lys fra fakler lavet med LED'er producerer et næsten klinisk lys og berøver dyrene deres varme farver og deres skygger, " siger Leslie.

Det var en samtale med en huleguide i Europa i 2016, der gav Leslie ideen til at skabe de nye lamper. Ikke alene kunne dette give en mere autentisk oplevelse af hulerne. Det vil også hjælpe med at besvare vigtige forskningsspørgsmål.

Som forsker er jeg blevet tiltrukket af spørgsmål om lys i det sidste årti, Leslie siger. "Disse nye lamper vil hjælpe os med at udforske spørgsmål om, hvordan folk bevægede sig gennem hulerne og tegnede på væggene... Nogle af billederne findes højt oppe på svært tilgængelige steder. Kunstnerne ville have skullet klatre fem meter op ad en mur eller drypsten for at nå dem, hvilket ville kræve begge hænder. Så en anden må have holdt lyset. Jeg har et blødt punkt for de mennesker i skyggerne, som måske ikke selv havde lavet tegningerne, men som tillod en anden det ved at holde deres lys."

Leslie vendte tilbage til Glenorchy i New Zealand, hvor hun bor, med en mission om at finde en mere autentisk belysningsløsning. Det første skridt var at forsøge at skabe en autentisk kopi af de gamle lamper for at finde ud af, hvilke kvaliteter af lyset lamperne skulle efterligne. Hun hentede animalsk fedt fra lokale hjortestalkere og en slagter for at efterligne rensdyr og uroksetalg, der blev brugt i gamle lamper. Hun arbejdede sammen med en lokal billedhugger for at skabe en stenbase ved hjælp af primitive værktøjer.

For at skabe en moderne ækvivalent havde hun brug for nogle fysikere. Det er her, Dodd-Walls Center kommer ind i billedet. Dette nationale center for kollaborativ forskning samler videnskabsmænd over hele landet, der laver verdensførende forskning inden for lys- og kvantevidenskab. Leslie opdagede direktøren for Dodd-Walls Centret, Professor David Hutchinson, mens han søgte på University of Otagos hjemmeside.

"Han så imødekommende ud og ledede et tværfagligt center, der fokuserer på lys, " siger Leslie. "Så jeg skrev til ham. Han svarede med det samme og sagde, at han kunne hjælpe. Jeg havde ikke forventet, at det skulle være så nemt!"

Professor Hutchinson satte Leslie i kontakt med Dr. Schwefel, en hovedefterforsker ved Dodd-Walls Centret, også baseret på University of Otago. I sin kerneforskning udvikler Dr. Schwefel verdensførende komponenter til utroligt kraftfulde kvantecomputere. Han offentliggjorde for nylig en artikel i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Nature, hvor han annoncerede sin opfindelse af en enhed, der kunne revolutionere interneteffektivitet og hastighed. Så dette projekt kom ud af venstre felt.

"Det var virkelig fantastisk at se, hvordan vi kunne bruge vores viden om lys og dets spektrale egenskaber til at hjælpe arkæologisamfundet," siger Dr. Schwefel. "Når vi havde identificeret, hvad vi ønskede at opnå med hensyn til flimrende mønster og spektrum, så var det ret ligetil at udtænke en stearinlyslignende struktur, der havde det korrekte flimrende mønster."

Dr. Schwefel hentede to ph.d. studerende som konsulenter og en sommerstuderende Timothy Marshall, som arbejdede med Dodd-Walls Center Industry manager, Luke Taylor til at skabe produktet. Dodd-Walls Center finansierede hele projektet.

"De bad mig om en juleønskeliste med alle de ting, jeg ville have lampen til at gøre, Leslie forklarer. "Det er utroligt svært at finde finansiering i arkæologisamfundet, " siger Leslie. "Dette var en fantastisk gave at få deres støtte."

I sommeren 2018-19 Timothy arbejdede sammen med Dr. Schwefel og Luke Taylor for at producere seks håndholdte lamper, som Leslie kunne tage som prototyper til en hule i Australien, hvor hun arbejdede i marts.

"Jeg arbejder på min 'ønskeliste' for farve, intensitet, og flimmer, deres team gjorde et fantastisk stykke arbejde, og en uge før jeg rejste, en kuffert ankom til mig i Glenorchy, der havde 6 smukke lamper. Glasset til dem var blevet håndblæst af kemiafdelingens glaspuster, kroppene af hver lampe efterlignede sten fra forskellige dele af verden, og mekanismen var tre LED-lys farvet til den natriumlinje, de havde opdaget i deres lysspektrumanalyse. Luke og Timothy havde lavet en række eksperimenter med vind- og vægelængde for at producere en række potentielle flimmermønstre, så lamperne til sidst havde 13 forskellige intensiteter og flimmermønstre, som jeg kunne ændre med blot et tryk på en knap. Magi!"

Der var en næsten hørbar stilhed, da holdet af videnskabsmænd, arkæologer og traditionelle oprindelige jordejere gik ind i hulen i Australien, som Leslie havde tændt ved hjælp af de nye lamper.

"Det var en meget bevægende oplevelse at se hulen i det flimrende varme lys fra 'paleo-lamperne,' " siger Leslie.

Dette er kun begyndelsen på samarbejdet. Efter at have opdaget gamle ildstokke i den australske hule, Leslie vil arbejde sammen med Harald og teamet sammen med det lokale aboriginalsamfund for at udvikle en ny lampe, der efterligner dens lys.

Selvom projektet tangerede Haralds kernefokus på kvanteberegning og fotonik, det gav en glimrende mulighed for at bidrage til et nyt felt. Det gav også de studerende værdifuld erfaring med at udvikle et produkt og få det på markedet med en deadline.

Ifølge Leslie er arkæologisamfundet blevet imponeret og inspireret af projektet. præsenterede historien på en specialistkonference om klippekunst.

"Jeg præsenterede historien på en stenkunstkonference for nylig, "Siger hun. "Nogle arkæologer fortalte mig, at det genoprettede deres tro på arkæologi. Der er en reel respekt og interesse for perspektivet fra et andet felt som fysik."

Næste forår vender Leslie tilbage til Europa for at fortsætte sin huleforskning der. Hun vil tage en æske med de nye lamper med som gave fra Dodd-Walls Centret.

"Jeg glæder mig til at se, hvad vi måske kan se for første gang i vores lampers skygger og flimrende lys, " siger Leslie.