ABOUT THE SPEAKER
Katie Bouman - Imaging scientist
Katie Bouman is part of an international team of astronomers that's creating the world's largest telescope to take the very first picture of a black hole.

Why you should listen

It is believed that the heart of the Milky Way hosts a four-million-solar-mass black hole feeding off a spinning disk of hot gas. An image of the shadow cast by the event horizon of the black hole could help to address a number of important scientific questions. For instance, does Einstein's theory of general relativity hold in extreme conditions? Unfortunately, the event horizon of this black hole appears so small in the sky that imaging it would require a single-dish radio telescope the size of the entire Earth. Although a single-dish telescope this large is unrealizable, by connecting disjoint radio telescopes located all around the globe, Katie Bouman and a team of astronomers are creating an Earth-sized computational telescope -- the Event Horizon Telescope -- that is capable of taking the very first up-close picture of a black hole.

Bouman is a PhD candidate in the Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) at the Massachusetts Institute of Technology (MIT). The focus of her research is on using emerging computational methods to push the boundaries of interdisciplinary imaging. By combining techniques from both astronomy and computer science, Bouman has been working on developing innovative ways to combine the information from the Event Horizon Telescope network to produce the first picture of a black hole. Her work on imaging for the Event Horizon Telescope has been featured on BBCThe Boston GlobeThe Washington PostPopular Science and NPR.

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Katie Bouman | Speaker | TED.com
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Katie Bouman: How to take a picture of a black hole

凯蒂·伯曼: 怎样拍摄一张黑洞的图片

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在银河系的中心,有一个靠吞噬高温气体为生的超级黑洞。它将一切接近它的东西吞噬殆尽——连光也不例外。我们看不见黑洞本身,但可以观察到黑洞表面视界线留下的投影,而一张黑洞影子的照片,可以帮助我们找到宇宙重要问题的答案。科学家们曾经认为,拍摄这样一张黑洞的照片需要地球大小的天文望远镜——直到凯蒂·伯曼和一支由天文学家组成的队伍想出了一个聪明的解决办法。
- Imaging scientist
Katie Bouman is part of an international team of astronomers that's creating the world's largest telescope to take the very first picture of a black hole. Full bio

Double-click the English transcript below to play the video.

00:13
In the movie电影 "Interstellar星际,"
0
1436
1860
在电影《星际穿越》中,
我们得以近距离观察一个超级黑洞。
00:15
we get an up-close快了 look
at a supermassive超大 black黑色 hole.
1
3320
3327
在明亮气体构成的背景下,
00:18
Set against反对 a backdrop背景 of bright gas加油站,
2
6671
2143
黑洞的巨大引力
00:20
the black黑色 hole's孔的 massive大规模的
gravitational引力 pull
3
8838
2118
将光线弯曲成环形。
00:22
bends弯曲 light into a ring.
4
10980
1435
但是,(电影中的)这一幕
并不是一张真正的照片,
00:24
However然而, this isn't a real真实 photograph照片,
5
12439
2109
而是电脑合成的效果——
00:26
but a computer电脑 graphic图像 rendering翻译 --
6
14572
1786
它只是一个对于黑洞
可能样子的艺术表现。
00:28
an artistic艺术的 interpretation解释
of what a black黑色 hole might威力 look like.
7
16382
3390
00:32
A hundred years年份 ago,
8
20401
1166
一百多年前,
阿尔伯特·爱因斯坦
第一次发表了广义相对论学说。
00:33
Albert阿尔伯特 Einstein爱因斯坦 first published发表
his theory理论 of general一般 relativity相对论.
9
21591
3601
在之后的数年里,
00:37
In the years年份 since以来 then,
10
25216
1439
科学家们又对此提供了许多佐证。
00:38
scientists科学家们 have provided提供
a lot of evidence证据 in support支持 of it.
11
26679
2973
但相对论中所预测的一点,黑洞,
00:41
But one thing predicted预料到的
from this theory理论, black黑色 holes,
12
29676
3084
却始终无法被直接观察到。
00:44
still have not been directly observed观察到的.
13
32784
2350
尽管我们大致知道一个黑洞
看起来应该是什么样,
00:47
Although虽然 we have some idea理念
as to what a black黑色 hole might威力 look like,
14
35158
3206
却从未真正拍摄过它。
00:50
we've我们已经 never actually其实 taken采取
a picture图片 of one before.
15
38388
2779
不过,这个现状可能很快就会改变。
00:53
However然而, you might威力 be surprised诧异 to know
that that may可能 soon不久 change更改.
16
41191
4279
在接下来几年内,我们或许就能
见到第一张黑洞的图片。
00:57
We may可能 be seeing眼看 our first picture图片
of a black黑色 hole in the next下一个 couple一对 years年份.
17
45494
4164
这一重任会落在一个由
各国科学家组成的团队上,
01:01
Getting入门 this first picture图片 will come down
to an international国际 team球队 of scientists科学家们,
18
49682
3958
同时需要一个
地球大小的天文望远镜,
01:05
an Earth-sized地球大小 telescope望远镜
19
53664
1567
以及一个可以让我们合成出
最终图片的算法。
01:07
and an algorithm算法 that puts看跌期权 together一起
the final最后 picture图片.
20
55255
2832
尽管今天我不能让你们
见到真正的黑洞图片,
01:10
Although虽然 I won't惯于 be able能够 to show显示 you
a real真实 picture图片 of a black黑色 hole today今天,
21
58111
3528
我还是想让你们大致了解一下
01:13
I'd like to give you a brief简要 glimpse一瞥
into the effort功夫 involved参与
22
61663
2911
得到第一张(黑洞)图片
所需要的努力。
01:16
in getting得到 that first picture图片.
23
64598
1613
我叫凯蒂·伯曼,
01:19
My name名称 is Katie凯蒂 Bouman布曼,
24
67477
1437
是麻省理工学院的一名博士生。
01:20
and I'm a PhD博士 student学生 at MITMIT.
25
68938
2566
我在计算机科学实验室中进行
01:23
I do research研究 in a computer电脑 science科学 lab实验室
26
71528
2027
让电脑解析图片和视频信息的研究。
01:25
that works作品 on making制造 computers电脑
see through通过 images图片 and video视频.
27
73579
3298
尽管我并不是个天文学家,
01:28
But although虽然 I'm not an astronomer天文学家,
28
76901
2162
今天我还是想向大家展示
01:31
today今天 I'd like to show显示 you
29
79087
1285
我是怎样在这个项目中贡献
自己的一份力量的。
01:32
how I've been able能够 to contribute有助于
to this exciting扣人心弦 project项目.
30
80396
2903
如果你远离城市的灯光,
01:35
If you go out past过去
the bright city lights灯火 tonight今晚,
31
83323
2831
你可能有幸看到银河系
01:38
you may可能 just be lucky幸运 enough足够
to see a stunning令人惊叹 view视图
32
86178
2436
那令人震撼的美景。
01:40
of the Milky乳白色 Way Galaxy星系.
33
88638
1493
而如果你可以穿过百万星辰,
将镜头放大到
01:42
And if you could zoom放大 past过去
millions百万 of stars明星,
34
90155
2462
2.6万光年以外的银河系中心,
01:44
26,000 light-years光年 toward the heart
of the spiraling螺旋式上升 Milky乳白色 Way,
35
92641
3755
我们就能抵达(银河系)中央的
一群恒星。
01:48
we'd星期三 eventually终于 reach达到
a cluster of stars明星 right at the center中央.
36
96420
3521
天文学家们已经穿过星尘,使用红外望远镜
01:51
Peering对等 past过去 all the galactic dust灰尘
with infrared红外线 telescopes望远镜,
37
99965
3206
观察了这些恒星整整十六年。
01:55
astronomers天文学家 have watched看着 these stars明星
for over 16 years年份.
38
103195
3867
但是天文学家们所看不到的东西
才是最为壮观的。
01:59
But it's what they don't see
that is the most spectacular壮观.
39
107086
3589
这些恒星似乎是在围绕一个
隐形的物体旋转。
02:02
These stars明星 seem似乎 to orbit轨道
an invisible无形 object目的.
40
110699
3066
通过观测这些星星的移动路径,
02:05
By tracking追踪 the paths路径 of these stars明星,
41
113789
2323
天文学家们得出结论,
02:08
astronomers天文学家 have concluded总结
42
116136
1294
体积足够小,而质量又大到能导致
恒星们如此运动的唯一物体
02:09
that the only thing small and heavy
enough足够 to cause原因 this motion运动
43
117454
3129
就是超级黑洞——
02:12
is a supermassive超大 black黑色 hole --
44
120607
1968
它的密度极大,高到它能吸进
周围所有东西,
02:14
an object目的 so dense稠密 that it sucks up
anything that ventures企业 too close --
45
122599
4178
甚至光。
02:18
even light.
46
126801
1494
那么,如果我们继续放大下去,
会发生什么?
02:20
But what happens发生 if we were
to zoom放大 in even further进一步?
47
128319
3061
是不是就可能看见一些,
理论上不可能看到的东西呢?
02:23
Is it possible可能 to see something
that, by definition定义, is impossible不可能 to see?
48
131404
4733
02:28
Well, it turns out that if we were
to zoom放大 in at radio无线电 wavelengths波长,
49
136719
3244
事实上,如果我们以
无线电波长放大,
我们会看到一圈光线,
02:31
we'd星期三 expect期望 to see a ring of light
50
139987
1682
是由围绕着黑洞的
02:33
caused造成 by the gravitational引力
lensing透镜 of hot plasma等离子体
51
141693
2411
等离子体引力透镜产生的。
02:36
zipping荏苒 around the black黑色 hole.
52
144128
1829
换句话说,
02:37
In other words,
53
145981
1160
这个黑洞,在背后明亮物质的衬托下,
02:39
the black黑色 hole casts铸件 a shadow阴影
on this backdrop背景 of bright material材料,
54
147165
3171
留下一个圆形的暗影。
02:42
carving雕刻 out a sphere领域 of darkness黑暗.
55
150360
1842
而它周围那明亮的光环
指示了黑洞边境的位置。
02:44
This bright ring reveals揭示
the black黑色 hole's孔的 event事件 horizon地平线,
56
152226
3339
在这里,引力作用变得无比巨大,
02:47
where the gravitational引力 pull
becomes so great
57
155589
2400
大到就连光线都无法逃离。
02:50
that not even light can escape逃逸.
58
158013
1626
爱因斯坦用公式推测了
这个环的大小和形状,
02:51
Einstein's爱因斯坦 equations方程 predict预测
the size尺寸 and shape形状 of this ring,
59
159663
2859
所以,给光环拍照不仅很酷,
02:54
so taking服用 a picture图片 of it
wouldn't不会 only be really cool,
60
162546
3208
还能帮助我们检验这些公式在
02:57
it would also help to verify校验
that these equations方程 hold保持
61
165778
2618
黑洞周围的极端环境下是否成立。
03:00
in the extreme极端 conditions条件
around the black黑色 hole.
62
168420
2466
不过,这个黑洞离我们太过遥远,
03:02
However然而, this black黑色 hole
is so far away from us,
63
170910
2558
从地球上看,它非常,非常小——
03:05
that from Earth地球, this ring appears出现
incredibly令人难以置信 small --
64
173492
3098
大概就和月球上的一个橘子一样大。
03:08
the same相同 size尺寸 to us as an orange橙子
on the surface表面 of the moon月亮.
65
176614
3590
这导致给它拍照变得无比艰难。
03:12
That makes品牌 taking服用 a picture图片 of it
extremely非常 difficult.
66
180758
2824
03:16
Why is that?
67
184645
1302
为什么呢?
03:18
Well, it all comes down
to a simple简单 equation方程.
68
186512
3188
一切都源于一个简单的等式。
由于衍射现象,
03:21
Due应有 to a phenomenon现象 called diffraction衍射,
69
189724
2416
我们所能看到的
03:24
there are fundamental基本的 limits范围
70
192164
1355
最小物体是有限制的。
03:25
to the smallest最少 objects对象
that we can possibly或者 see.
71
193543
2670
03:28
This governing治理 equation方程 says
that in order订购 to see smaller and smaller,
72
196789
3672
这个等式指出,当想要看到的
东西越来越小时,
望远镜需要变得更大。
03:32
we need to make our telescope望远镜
bigger and bigger.
73
200485
2587
但即使是地球上功能最强大的
光学望远镜,
03:35
But even with the most powerful强大
optical光纤 telescopes望远镜 here on Earth地球,
74
203096
3069
其分辨率甚至不足以
03:38
we can't even get close
to the resolution解析度 necessary必要
75
206189
2419
让我们得到月球表面的图片。
03:40
to image图片 on the surface表面 of the moon月亮.
76
208632
2198
事实上,这里是一张有史以来
从地球上拍摄的最高清的
03:42
In fact事实, here I show显示 one of the highest最高
resolution解析度 images图片 ever taken采取
77
210854
3617
月球图片。
03:46
of the moon月亮 from Earth地球.
78
214495
1397
它包含约1.3万个像素,
03:47
It contains包含 roughly大致 13,000 pixels像素,
79
215916
2557
而每一个像素里包含超过150万个橘子。
03:50
and yet然而 each pixel像素 would contain包含
over 1.5 million百万 oranges桔子.
80
218497
4050
03:55
So how big of a telescope望远镜 do we need
81
223396
1972
所以,我们需要多大的望远镜
03:57
in order订购 to see an orange橙子
on the surface表面 of the moon月亮
82
225392
2765
才能看到月球表面的橘子,
以及,那个黑洞呢?
04:00
and, by extension延期, our black黑色 hole?
83
228181
2214
事实上,通过计算,
04:02
Well, it turns out
that by crunching捣弄 the numbers数字,
84
230419
2340
我们可以轻易得出所需的
望远镜的大小,
04:04
you can easily容易 calculate计算
that we would need a telescope望远镜
85
232783
2610
就和整个地球一样大。
04:07
the size尺寸 of the entire整个 Earth地球.
86
235417
1393
(笑声)
04:08
(Laughter笑声)
87
236834
1024
而如果我们能够建造出这个
地球大小的望远镜,
04:09
If we could build建立
this Earth-sized地球大小 telescope望远镜,
88
237882
2119
就能够分辨出那指示着视界线的
04:12
we could just start开始 to make out
that distinctive独特 ring of light
89
240025
2925
独特的光环。
04:14
indicative指示 of the black黑色
hole's孔的 event事件 horizon地平线.
90
242974
2183
尽管在这张照片上,我们无法看到
04:17
Although虽然 this picture图片 wouldn't不会 contain包含
all the detail详情 we see
91
245181
2918
电脑合成图上的那些细节,
04:20
in computer电脑 graphic图像 renderings效果图,
92
248123
1506
它仍可以让我们对于
04:21
it would allow允许 us to safely安然 get
our first glimpse一瞥
93
249653
2299
黑洞周围的环境有个大致的了解。
04:23
of the immediate即时 environment环境
around a black黑色 hole.
94
251976
2487
但是,正如你预料,
04:26
However然而, as you can imagine想像,
95
254487
1613
想建造一个地球大小的射电望远镜
是不可能的。
04:28
building建造 a single-dish单盘 telescope望远镜
the size尺寸 of the Earth地球 is impossible不可能.
96
256124
3624
不过,米克·贾格尔有一句名言:
04:31
But in the famous著名 words of Mick米克 Jagger,
97
259772
1887
“你不可能永远心想事成,
04:33
"You can't always get what you want,
98
261683
1791
但如果你尝试了,说不定就
正好能找到
04:35
but if you try sometimes有时,
you just might威力 find
99
263498
2187
你所需要的东西。”
04:37
you get what you need."
100
265709
1215
通过将遍布全世界的望远镜
连接起来,
04:38
And by connecting telescopes望远镜
from around the world世界,
101
266948
2464
04:41
an international国际 collaboration合作
called the Event事件 Horizon地平线 Telescope望远镜
102
269436
3538
“视界线望远镜”,
一个国际合作项目,诞生了。
这个项目通过电脑制作一个
地球大小的望远镜,
04:44
is creating创建 a computational计算 telescope望远镜
the size尺寸 of the Earth地球,
103
272998
3109
能够帮助我们找到
04:48
capable of resolving解析 structure结构体
104
276131
1537
黑洞视界线的结构。
04:49
on the scale规模 of a black黑色
hole's孔的 event事件 horizon地平线.
105
277692
2199
这个由无数小望远镜构成的网络
将会在明年拍下它的
04:51
This network网络 of telescopes望远镜 is scheduled计划
to take its very first picture图片
106
279915
3387
第一张黑洞图片。
04:55
of a black黑色 hole next下一个 year.
107
283326
1815
在这个网络中,每一个望远镜
都与其他所有望远镜一同工作。
04:57
Each telescope望远镜 in the worldwide全世界
network网络 works作品 together一起.
108
285165
3338
通过原子钟的准确时间相连,
05:00
Linked关联 through通过 the precise精确 timing定时
of atomic原子 clocks时钟,
109
288527
2712
各地的研究团队们通过收集
05:03
teams球队 of researchers研究人员 at each
of the sights景点 freeze冻结 light
110
291263
2657
上万千兆字节的数据来定位光线。
05:05
by collecting搜集 thousands数千
of terabytes兆兆字节 of data数据.
111
293944
2962
接下来,这份数据会在
麻省的实验室进行处理。
05:08
This data数据 is then processed处理 in a lab实验室
right here in Massachusetts马萨诸塞.
112
296930
5017
那么,这一项目到底是
怎么运作的呢?
05:13
So how does this even work?
113
301971
1794
大家是否记得,如果要看到
银河系中心的那个黑洞,
05:15
Remember记得 if we want to see the black黑色 hole
in the center中央 of our galaxy星系,
114
303789
3403
我们需要一个地球大小的望远镜?
05:19
we need to build建立 this impossibly不可能 large
Earth-sized地球大小 telescope望远镜?
115
307216
2982
现在,先假设我们可以
05:22
For just a second第二,
let's pretend假装 we could build建立
116
310222
2232
将这个望远镜建造出来。
05:24
a telescope望远镜 the size尺寸 of the Earth地球.
117
312478
1842
这可能有点像是把地球变成
05:26
This would be a little bit
like turning车削 the Earth地球
118
314344
2455
一个巨大的球形迪斯科灯。
05:28
into a giant巨人 spinning纺织 disco迪斯科 ball.
119
316823
1747
每一面镜子都会收集光线,
05:30
Each individual个人 mirror镜子 would collect搜集 light
120
318594
2200
然后,我们就可以将这些光线
组合成图片。
05:32
that we could then combine结合
together一起 to make a picture图片.
121
320818
2597
但是,现在,假设我们将
大多数镜子移走,
05:35
However然而, now let's say
we remove去掉 most of those mirrors镜子
122
323439
2661
只有几片留了下来。
05:38
so only a few少数 remained保持.
123
326124
1972
我们仍可以尝试将信息合成图片,
05:40
We could still try to combine结合
this information信息 together一起,
124
328120
2877
但现在,图片中有很多洞。
05:43
but now there are a lot of holes.
125
331021
1993
这几片留下来的镜子就代表了
地球上的几处天文望远镜。
05:45
These remaining其余 mirrors镜子 represent代表
the locations地点 where we have telescopes望远镜.
126
333038
4373
这对于制成一张图片来说,
还远远不够。
05:49
This is an incredibly令人难以置信 small number
of measurements测量 to make a picture图片 from.
127
337435
4079
不过,尽管我们只在寥寥几处
地方收集光线,
05:53
But although虽然 we only collect搜集 light
at a few少数 telescope望远镜 locations地点,
128
341538
3838
每当地球旋转时,我们便可以
得到新的信息。
05:57
as the Earth地球 rotates旋转, we get to see
other new measurements测量.
129
345400
3423
换言之,当迪斯科球旋转时,
镜子会改变位置,
06:00
In other words, as the disco迪斯科 ball spins自旋,
those mirrors镜子 change更改 locations地点
130
348847
3819
而我们就可以看到图片的各个部分。
06:04
and we get to observe
different不同 parts部分 of the image图片.
131
352690
2899
我们开发的生成图片的算法
可以将迪斯科球上的空缺部分填满,
06:07
The imaging成像 algorithms算法 we develop发展
fill in the missing失踪 gaps空白 of the disco迪斯科 ball
132
355613
4018
从而建造出隐藏的黑洞图片。
06:11
in order订购 to reconstruct重建
the underlying底层 black黑色 hole image图片.
133
359655
3033
如果我们能在地球上每一处
都装上望远镜,
06:14
If we had telescopes望远镜 located位于
everywhere到处 on the globe地球 --
134
362712
2636
或者说能有整个迪斯科球,
06:17
in other words, the entire整个 disco迪斯科 ball --
135
365372
1941
那么这个算法并不算重要。
06:19
this would be trivial不重要的.
136
367337
1284
但现在我们只有少量的样本,
06:20
However然而, we only see a few少数 samples样本,
and for that reason原因,
137
368645
3322
所以,可能有无数张图像
06:23
there are an infinite无穷 number
of possible可能 images图片
138
371991
2388
符合望远镜所测量到的信息。
06:26
that are perfectly完美 consistent一贯
with our telescope望远镜 measurements测量.
139
374403
2964
但并不是每一张图片都一样。
06:29
However然而, not all images图片 are created创建 equal等于.
140
377391
3016
有些图片,比其他一些
看起来更像我们想象中的图片。
06:32
Some of those images图片 look more like
what we think of as images图片 than others其他.
141
380849
4458
所以我在拍摄黑洞
这一项目中的任务是,
06:37
And so, my role角色 in helping帮助 to take
the first image图片 of a black黑色 hole
142
385331
3222
开发一种既可以找到最合理图像,
06:40
is to design设计 algorithms算法 that find
the most reasonable合理 image图片
143
388577
2932
又能使图像符合望远镜
所测量到的信息的算法。
06:43
that also fits适合 the telescope望远镜 measurements测量.
144
391533
2222
06:46
Just as a forensic法庭的 sketch草图 artist艺术家
uses使用 limited有限 descriptions说明
145
394727
3942
就像法医素描师通过有限的信息,
结合自己对于人脸结构的认知
画出一张画像一样,
06:50
to piece together一起 a picture图片 using运用
their knowledge知识 of face面对 structure结构体,
146
398693
3514
我正在开发的图片算法,
是使用望远镜提供的有限数据
06:54
the imaging成像 algorithms算法 I develop发展
use our limited有限 telescope望远镜 data数据
147
402231
3315
来生成一张看起来像是
宇宙里的东西的图片。
06:57
to guide指南 us to a picture图片 that also
looks容貌 like stuff东东 in our universe宇宙.
148
405570
4322
通过这些算法,我们能从散乱
而充满干扰的数据中
07:01
Using运用 these algorithms算法,
we're able能够 to piece together一起 pictures图片
149
409916
3651
合成一张图片。
07:05
from this sparse, noisy嘈杂 data数据.
150
413591
2180
这里是一个用模拟数据
进行重现的例子:
07:07
So here I show显示 a sample样品 reconstruction重建
doneDONE using运用 simulated模拟 data数据,
151
415795
4529
我们假设将望远镜指向
07:12
when we pretend假装 to point our telescopes望远镜
152
420348
1933
银河系中心的黑洞。
07:14
to the black黑色 hole
in the center中央 of our galaxy星系.
153
422305
2585
尽管这只是一个模拟,像这样的
重建工作给了我们
07:16
Although虽然 this is just a simulation模拟,
reconstruction重建 such这样 as this give us hope希望
154
424914
4455
真正给黑洞拍摄可行照片的希望,
07:21
that we'll soon不久 be able能够 to reliably可靠 take
the first image图片 of a black黑色 hole
155
429393
3453
之后便可以决定其光环的大小。
07:24
and from it, determine确定
the size尺寸 of its ring.
156
432870
2595
虽然我很想继续描绘
这个算法的细节,
07:28
Although虽然 I'd love to go on
about all the details细节 of this algorithm算法,
157
436118
3199
07:31
luckily for you, I don't have the time.
158
439341
2174
但你们很幸运,我没有这个时间。
可我仍然想大概让你们了解一下
07:33
But I'd still like
to give you a brief简要 idea理念
159
441539
2001
我们是怎样定义宇宙的样子,
07:35
of how we define确定
what our universe宇宙 looks容貌 like,
160
443564
2302
以及是怎样以此来重建
和校验我们的结果的。
07:37
and how we use this to reconstruct重建
and verify校验 our results结果.
161
445890
4466
由于有无数种可以完美解释
07:42
Since以来 there are an infinite无穷 number
of possible可能 images图片
162
450380
2496
望远镜测量结果的图片,
07:44
that perfectly完美 explain说明
our telescope望远镜 measurements测量,
163
452900
2365
我们需要找到一个方式进行挑选。
07:47
we have to choose选择
between之间 them in some way.
164
455289
2605
我们会按照这些图片是
07:49
We do this by ranking排行 the images图片
165
457918
1838
真正黑洞图片的可能性进行排序,
07:51
based基于 upon how likely容易 they are
to be the black黑色 hole image图片,
166
459780
2834
然后选出可能性最高的那一张。
07:54
and then choosing选择 the one
that's most likely容易.
167
462638
2482
我这话到底是什么意思呢?
07:57
So what do I mean by this exactly究竟?
168
465144
2195
07:59
Let's say we were trying to make a model模型
169
467862
1978
假设我们正在建立一个能够
指出一张图出现在脸书上的
可能性的模型。
08:01
that told us how likely容易 an image图片
were to appear出现 on FacebookFacebook的.
170
469864
3183
我们希望这个模型能指出
08:05
We'd星期三 probably大概 want the model模型 to say
171
473071
1701
08:06
it's pretty漂亮 unlikely不会 that someone有人
would post岗位 this noise噪声 image图片 on the left,
172
474796
3557
不太可能有人会上传最左边的图像,
而像右边那样的自拍照
08:10
and pretty漂亮 likely容易 that someone有人
would post岗位 a selfie自拍
173
478377
2419
画出一张图片一样,
08:12
like this one on the right.
174
480820
1334
中间那张图有点模糊,
08:14
The image图片 in the middle中间 is blurry模糊,
175
482178
1639
所以它被发表的可能性
08:15
so even though虽然 it's more likely容易
we'd星期三 see it on FacebookFacebook的
176
483841
2639
比左边的噪点图像大,
08:18
compared相比 to the noise噪声 image图片,
177
486504
1360
但比右边自拍发表的可能性要小。
08:19
it's probably大概 less likely容易 we'd星期三 see it
compared相比 to the selfie自拍.
178
487888
2960
但是当模型的主角变成
黑洞的照片时,
08:22
But when it comes to images图片
from the black黑色 hole,
179
490872
2290
一个难题出现了:我们从未
见过真正的黑洞。
08:25
we're posed构成 with a real真实 conundrum难题:
we've我们已经 never seen看到 a black黑色 hole before.
180
493186
3502
在这样的情况下,
什么样的图才更像黑洞,
08:28
In that case案件, what is a likely容易
black黑色 hole image图片,
181
496712
2291
而我们又该怎样假设黑洞的结构呢?
08:31
and what should we assume承担
about the structure结构体 of black黑色 holes?
182
499027
2938
我们或许能够使用模拟试验
得出的图片,
08:33
We could try to use images图片
from simulations模拟 we've我们已经 doneDONE,
183
501989
2632
比如《星际穿越》里的那张黑洞图。
08:36
like the image图片 of the black黑色 hole
from "Interstellar星际,"
184
504645
2530
但这样做可能会引起
一些严重的问题。
08:39
but if we did this,
it could cause原因 some serious严重 problems问题.
185
507199
2938
如果爱因斯坦的理论是错的怎么办?
08:42
What would happen发生
if Einstein's爱因斯坦 theories理论 didn't hold保持?
186
510161
3380
我们仍然想要得到一张
准确而真实的图片。
08:45
We'd星期三 still want to reconstruct重建
an accurate准确 picture图片 of what was going on.
187
513565
3961
而如果我们在算法中掺入太多
爱因斯坦的公式,
08:49
If we bake Einstein's爱因斯坦 equations方程
too much into our algorithms算法,
188
517550
3371
最终只会看到我们所希望看到的。
08:52
we'll just end结束 up seeing眼看
what we expect期望 to see.
189
520945
2755
换句话说,我们想保留在银河系中心
08:55
In other words,
we want to leave离开 the option选项 open打开
190
523724
2276
看到一头大象这样的可能性。
08:58
for there being存在 a giant巨人 elephant
at the center中央 of our galaxy星系.
191
526024
2923
(笑声)
09:00
(Laughter笑声)
192
528971
1057
不同类型的照片拥有
完全不同的特征。
09:02
Different不同 types类型 of images图片 have
very distinct不同 features特征.
193
530052
2989
我们可以轻松分辨出
一张黑洞模拟图
09:05
We can easily容易 tell the difference区别
between之间 black黑色 hole simulation模拟 images图片
194
533065
3548
和我们日常拍的照片的差别。
09:08
and images图片 we take
every一切 day here on Earth地球.
195
536637
2276
我们需要在不过度提供某类图片
特征的情况下,
09:10
We need a way to tell our algorithms算法
what images图片 look like
196
538937
3104
告诉我们的算法,一张正常的图片
应该是什么样。
09:14
without imposing威风 one type类型
of image's图片 features特征 too much.
197
542065
3249
做到这一点的一种方法是,
09:17
One way we can try to get around this
198
545865
1893
向算法展示拥有不同特征的图片,
09:19
is by imposing威风 the features特征
of different不同 kinds of images图片
199
547782
3062
然后看看这些图片会怎样
影响重建的结果。
09:22
and seeing眼看 how the type类型 of image图片 we assume承担
affects影响 our reconstructions重建.
200
550868
4130
09:27
If all images'图片' types类型 produce生产
a very similar-looking类似的前瞻性 image图片,
201
555712
3491
如果不同类型的图片都产生出了
差不多的图像,
那么我们便可以更有信心了,
09:31
then we can start开始 to become成为 more confident信心
202
559227
2057
我们对图片的假设并没有
导致结果出现太大偏差。
09:33
that the image图片 assumptions假设 we're making制造
are not biasing偏置 this picture图片 that much.
203
561308
4173
这就有点像让来自不同国家的
三个法医素描师
09:37
This is a little bit like
giving the same相同 description描述
204
565505
2990
根据同样的文字描述来作画。
09:40
to three different不同 sketch草图 artists艺术家
from all around the world世界.
205
568519
2996
如果他们画出的脸都差不多,
09:43
If they all produce生产
a very similar-looking类似的前瞻性 face面对,
206
571539
2860
那么我们就能比较确信,
09:46
then we can start开始 to become成为 confident信心
207
574423
1793
他们各自的文化背景
并没有影响到他们的画。
09:48
that they're not imposing威风 their own拥有
cultural文化 biases偏见 on the drawings图纸.
208
576240
3616
将不同图片的特征赋予
(算法)的一个方法
09:51
One way we can try to impose强加
different不同 image图片 features特征
209
579880
3315
就是使用现有的图片的碎片特征。
09:55
is by using运用 pieces of existing现有 images图片.
210
583219
2441
09:58
So we take a large collection采集 of images图片,
211
586214
2160
所以,我们将大量的图像
分解成无数小图片,
10:00
and we break打破 them down
into their little image图片 patches补丁.
212
588398
2718
然后像拼图一样处理这些小图片。
10:03
We then can treat对待 each image图片 patch补丁
a little bit like pieces of a puzzle难题.
213
591140
4285
我们用其中常见的拼图碎片
来组合成一张
10:07
And we use commonly常用 seen看到 puzzle难题 pieces
to piece together一起 an image图片
214
595449
4278
符合望远镜所测量数据的完整图片。
10:11
that also fits适合 our telescope望远镜 measurements测量.
215
599751
2452
10:15
Different不同 types类型 of images图片 have
very distinctive独特 sets of puzzle难题 pieces.
216
603040
3743
不同类型的图片拥有
完全不同的拼图碎片。
所以,当我们使用相同的数据和
10:18
So what happens发生 when we take the same相同 data数据
217
606807
2806
截然不同的拼图类型来
重现图像时,会发生什么呢?
10:21
but we use different不同 sets of puzzle难题 pieces
to reconstruct重建 the image图片?
218
609637
4130
我们先从黑洞模拟类的拼图开始。
10:25
Let's first start开始 with black黑色 hole
image图片 simulation模拟 puzzle难题 pieces.
219
613791
4766
这张图看起来还比较合理。
10:30
OK, this looks容貌 reasonable合理.
220
618581
1591
它比较符合我们预料中黑洞的样子。
10:32
This looks容貌 like what we expect期望
a black黑色 hole to look like.
221
620196
2694
但我们得到这个结果
10:34
But did we just get it
222
622914
1193
是否仅仅是因为我们拿的是
黑洞模拟拼图呢?
10:36
because we just fed美联储 it little pieces
of black黑色 hole simulation模拟 images图片?
223
624131
3314
我们再来试试另一组拼图,
10:39
Let's try another另一个 set of puzzle难题 pieces
224
627469
1880
这组拼图由宇宙中不是黑洞的
各种天体构成。
10:41
from astronomical天文, non-black非黑 hole objects对象.
225
629373
2509
10:44
OK, we get a similar-looking类似的前瞻性 image图片.
226
632914
2126
很好,我们得到了一幅相似的图片。
那如果我们拿日常照片的拼图
会怎么样呢,
10:47
And then how about pieces
from everyday每天 images图片,
227
635064
2236
就像你每天拿自己的相机
拍的那种照片?
10:49
like the images图片 you take
with your own拥有 personal个人 camera相机?
228
637324
2785
10:53
Great, we see the same相同 image图片.
229
641312
2115
太好了,我们看到了和之前
一样的图像。
当我们通过不同类型的拼图
得出一样的图片时,
10:55
When we get the same相同 image图片
from all different不同 sets of puzzle难题 pieces,
230
643451
3366
我们就有充足的自信说
10:58
then we can start开始 to become成为 more confident信心
231
646841
2046
我们对图片进行的推测,
11:00
that the image图片 assumptions假设 we're making制造
232
648911
1966
并没有引起最终结果的太大偏差。
11:02
aren't biasing偏置 the final最后
image图片 we get too much.
233
650901
2921
我们能做的另一件事是,
用同一组拼图,
11:05
Another另一个 thing we can do is take
the same相同 set of puzzle难题 pieces,
234
653846
3253
比如源自日常图片的那一种,
11:09
such这样 as the ones那些 derived派生
from everyday每天 images图片,
235
657123
2489
来得到不同类型的源图片。
11:11
and use them to reconstruct重建
many许多 different不同 kinds of source资源 images图片.
236
659636
3600
所以,在我们的模拟试验中,
11:15
So in our simulations模拟,
237
663260
1271
我们假设黑洞看起来像一个
非黑洞天体,
11:16
we pretend假装 a black黑色 hole looks容貌 like
astronomical天文 non-black非黑 hole objects对象,
238
664555
3775
以及在银河系中心的一头大象。
11:20
as well as everyday每天 images图片 like
the elephant in the center中央 of our galaxy星系.
239
668354
3849
当下面一排算法算出的图片
11:24
When the results结果 of our algorithms算法
on the bottom底部 look very similar类似
240
672227
3168
看起来和上面一排实际图片
十分相似时,
11:27
to the simulation's模拟的 truth真相 image图片 on top最佳,
241
675419
2096
我们就能对我们的算法
有更多信心了。
11:29
then we can start开始 to become成为
more confident信心 in our algorithms算法.
242
677539
3346
在这里我想强调,
11:32
And I really want to emphasize注重 here
243
680909
1867
此处所有的图片都是由
11:34
that all of these pictures图片 were created创建
244
682800
1934
拼接日常照片而得出的,
11:36
by piecing接头 together一起 little pieces
of everyday每天 photographs照片,
245
684758
2936
就像你自己用相机拍的照片一样。
11:39
like you'd take with your own拥有
personal个人 camera相机.
246
687718
2215
所以,一张我们从未见过的
黑洞的照片,
11:41
So an image图片 of a black黑色 hole
we've我们已经 never seen看到 before
247
689957
3276
最终却可能由我们日常
熟悉的图片构成:
11:45
may可能 eventually终于 be created创建 by piecing接头
together一起 pictures图片 we see all the time
248
693257
3943
人,楼房,树,小猫,小狗……
11:49
of people, buildings房屋,
trees树木, cats and dogs小狗.
249
697224
2745
想象这样的想法使拍摄第一张
11:51
Imaging成像 ideas思路 like this
will make it possible可能 for us
250
699993
2645
黑洞的图片成为可能,
11:54
to take our very first pictures图片
of a black黑色 hole,
251
702662
2619
同时使我们有望校验
11:57
and hopefully希望, verify校验
those famous著名 theories理论
252
705305
2447
科学家们每天所依靠的著名理论。
11:59
on which哪一个 scientists科学家们 rely依靠 on a daily日常 basis基础.
253
707776
2421
但是,要想让如此充满想象力的
点子实际工作,
12:02
But of course课程, getting得到
imaging成像 ideas思路 like this working加工
254
710221
2608
离不开这些我有幸一同工作的
12:04
would never have been possible可能
without the amazing惊人 team球队 of researchers研究人员
255
712853
3322
出色的研究者团队。
12:08
that I have the privilege特权 to work with.
256
716199
1887
我仍然对此感到振奋:
12:10
It still amazes惊讶 me
257
718110
1163
虽然在项目开始时我没有任何
天文学背景知识,
12:11
that although虽然 I began开始 this project项目
with no background背景 in astrophysics天体物理学,
258
719297
3351
我们通过这一独特合作
所达成的成就,
12:14
what we have achieved实现
through通过 this unique独特 collaboration合作
259
722672
2619
可能导致世界上第一幅
黑洞照片的诞生。
12:17
could result结果 in the very first
images图片 of a black黑色 hole.
260
725315
2759
像视界线望远镜这样大项目的成功
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But big projects项目 like
the Event事件 Horizon地平线 Telescope望远镜
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728098
2698
是由来自不同学科的人们
用他们各自的专业知识,
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are successful成功 due应有 to all
the interdisciplinary跨学科 expertise专门知识
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2814
一起创造的结果。
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different不同 people bring带来 to the table.
263
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我们是一个由天文学家,物理学家,
12:27
We're a melting融化 pot of astronomers天文学家,
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physicists物理学家, mathematicians数学家 and engineers工程师.
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数学家和工程学家构成的大熔炉。
这就是我们能够很快达成
12:31
This is what will make it soon不久 possible可能
266
739458
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一个看起来不可能达成的
成就的原因。
12:34
to achieve实现 something
once一旦 thought impossible不可能.
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在此我想鼓励你们所有人,走出去,
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I'd like to encourage鼓励 all of you to go out
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推动科学的边际,
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and help push the boundaries边界 of science科学,
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尽管刚开始它看起来可能
和一个黑洞一样神秘。
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even if it may可能 at first seem似乎
as mysterious神秘 to you as a black黑色 hole.
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谢谢大家。
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Thank you.
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(掌声)
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(Applause掌声)
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Translated by Anney Ye

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ABOUT THE SPEAKER
Katie Bouman - Imaging scientist
Katie Bouman is part of an international team of astronomers that's creating the world's largest telescope to take the very first picture of a black hole.

Why you should listen

It is believed that the heart of the Milky Way hosts a four-million-solar-mass black hole feeding off a spinning disk of hot gas. An image of the shadow cast by the event horizon of the black hole could help to address a number of important scientific questions. For instance, does Einstein's theory of general relativity hold in extreme conditions? Unfortunately, the event horizon of this black hole appears so small in the sky that imaging it would require a single-dish radio telescope the size of the entire Earth. Although a single-dish telescope this large is unrealizable, by connecting disjoint radio telescopes located all around the globe, Katie Bouman and a team of astronomers are creating an Earth-sized computational telescope -- the Event Horizon Telescope -- that is capable of taking the very first up-close picture of a black hole.

Bouman is a PhD candidate in the Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) at the Massachusetts Institute of Technology (MIT). The focus of her research is on using emerging computational methods to push the boundaries of interdisciplinary imaging. By combining techniques from both astronomy and computer science, Bouman has been working on developing innovative ways to combine the information from the Event Horizon Telescope network to produce the first picture of a black hole. Her work on imaging for the Event Horizon Telescope has been featured on BBCThe Boston GlobeThe Washington PostPopular Science and NPR.

More profile about the speaker
Katie Bouman | Speaker | TED.com

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