TEDxBeaconStreet
Katie Bouman: How to take a picture of a black hole
Katie Bouman: Ako odfotiť čiernu dieru
Filmed:
Readability: 4.5
5,455,257 views
V srdci Mliečnej dráhy sa nachádza supermasívna čierna diera, ktorá berie energiu z točiaceho sa kruhu horúceho plynu a vtiahne do seba všetko, čo sa odváži priblížiť príliš blízko – dokonca aj svetlo. Nemôžeme ju vidieť, ale jej horizont udalostí vrhá tieň a fotka toho tieňa by mohla zodpovedať niektoré z dôležitých otázok o vesmíre. Vedci si mysleli, že je na to potrebný teleskop veľkosti Zeme – až kým neprišla Katie Bouman s tímom astonómov, ktorí vymysleli šikovnú alternatívu. V prednáške sa dozviete, ako môžeme vidieť v úplnej tme.
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. Full bio
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 "Interstellar,"
0
1436
1860
Vo filme Interstellar
sme videli pohľad zblízka
sme videli pohľad zblízka
00:15
we get an up-close look
at a supermassive black hole.
at a supermassive black hole.
1
3320
3327
na supermasívnu čiernu dieru.
00:18
Set against a backdrop of bright gas,
2
6671
2143
Na pozadí jasného plynu
gravitačná sila čiernej diery
ťahá svetlo a ohýba ho do tvaru kruhu.
ťahá svetlo a ohýba ho do tvaru kruhu.
00:20
the black hole's massive
gravitational pull
gravitational pull
3
8838
2118
00:22
bends light into a ring.
4
10980
1435
00:24
However, this isn't a real photograph,
5
12439
2109
Toto však nie je skutočná fotografia,
ale výtvor počítačovej grafiky,
ale výtvor počítačovej grafiky,
00:26
but a computer graphic rendering --
6
14572
1786
00:28
an artistic interpretation
of what a black hole might look like.
of what a black hole might look like.
7
16382
3390
umelecká interpretácia toho,
ako by čierna diera mohla vyzerať.
ako by čierna diera mohla vyzerať.
00:32
A hundred years ago,
8
20401
1166
Pred sto rokmi Albert Einstein
00:33
Albert Einstein first published
his theory of general relativity.
his theory of general relativity.
9
21591
3601
prvýkrát publikoval
teóriu všeobecnej relativity.
teóriu všeobecnej relativity.
00:37
In the years since then,
10
25216
1439
V nasledujúcich rokoch
vedci poskytli mnoho dôkazov,
ktoré túto teóriu podporovali.
ktoré túto teóriu podporovali.
00:38
scientists have provided
a lot of evidence in support of it.
a lot of evidence in support of it.
11
26679
2973
00:41
But one thing predicted
from this theory, black holes,
from this theory, black holes,
12
29676
3084
Jedna časť tejto teórie, čierne diery,
však ešte stále nebola priamo pozorovaná.
však ešte stále nebola priamo pozorovaná.
00:44
still have not been directly observed.
13
32784
2350
00:47
Although we have some idea
as to what a black hole might look like,
as to what a black hole might look like,
14
35158
3206
Hoci máme predstavu,
ako by čierna diera mohla vyzerať,
ako by čierna diera mohla vyzerať,
ešte nikdy sme ju neodfotili.
00:50
we've never actually taken
a picture of one before.
a picture of one before.
15
38388
2779
00:53
However, you might be surprised to know
that that may soon change.
that that may soon change.
16
41191
4279
Možno vás to prekvapí,
ale čoskoro sa to možno zmení.
ale čoskoro sa to možno zmení.
00:57
We may be seeing our first picture
of a black hole in the next couple years.
of a black hole in the next couple years.
17
45494
4164
Prvú fotografiu čiernej diery
možno uvidíme už o niekoľko rokov.
možno uvidíme už o niekoľko rokov.
Či prvú fotografiu čiernej diery získame,
závisí od tímu medzinárodných vedcov,
závisí od tímu medzinárodných vedcov,
01:01
Getting this first picture will come down
to an international team of scientists,
to an international team of scientists,
18
49682
3958
teleskopu vo veľkosti Zeme
01:05
an Earth-sized telescope
19
53664
1567
a algoritmu, ktorý konečnú fotografiu
spojí dokopy.
spojí dokopy.
01:07
and an algorithm that puts together
the final picture.
the final picture.
20
55255
2832
01:10
Although I won't be able to show you
a real picture of a black hole today,
a real picture of a black hole today,
21
58111
3528
Hoci vám dnes nemôžem ukázať
skutočnú fotografiu čiernej diery,
skutočnú fotografiu čiernej diery,
ukážem vám, ako sa snažíme
prvú fotografiu získať.
prvú fotografiu získať.
01:13
I'd like to give you a brief glimpse
into the effort involved
into the effort involved
22
61663
2911
01:16
in getting that first picture.
23
64598
1613
01:19
My name is Katie Bouman,
24
67477
1437
Volám sa Katie Bouman
a som doktorandka na MIT.
a som doktorandka na MIT.
01:20
and I'm a PhD student at MIT.
25
68938
2566
01:23
I do research in a computer science lab
26
71528
2027
Robím výskum v počítačovom laboratóriu,
01:25
that works on making computers
see through images and video.
see through images and video.
27
73579
3298
ktorý pracuje na tom, aby počítače
vďaka obrázkom a videám videli.
vďaka obrázkom a videám videli.
Hoci nie som astronómka,
dnes by som vám chcela ukázať,
dnes by som vám chcela ukázať,
01:28
But although I'm not an astronomer,
28
76901
2162
01:31
today I'd like to show you
29
79087
1285
ako som prispela
k tomuto úžasnému projektu.
k tomuto úžasnému projektu.
01:32
how I've been able to contribute
to this exciting project.
to this exciting project.
30
80396
2903
01:35
If you go out past
the bright city lights tonight,
the bright city lights tonight,
31
83323
2831
Ak sa vyhnete jasným svetlám mesta,
01:38
you may just be lucky enough
to see a stunning view
to see a stunning view
32
86178
2436
možno budete mať šťastie
a naskytne sa vám pohľad
a naskytne sa vám pohľad
01:40
of the Milky Way Galaxy.
33
88638
1493
na galaxiu Mliečna cesta.
01:42
And if you could zoom past
millions of stars,
millions of stars,
34
90155
2462
Keď sa pozriete ďalej, za milióny hviezd,
01:44
26,000 light-years toward the heart
of the spiraling Milky Way,
of the spiraling Milky Way,
35
92641
3755
26-tisíc svetelných rokov
k srdcu Mliečnej cesty,
k srdcu Mliečnej cesty,
01:48
we'd eventually reach
a cluster of stars right at the center.
a cluster of stars right at the center.
36
96420
3521
nakoniec prídete k zhluku hviezd
priamo v jej strede.
priamo v jej strede.
01:51
Peering past all the galactic dust
with infrared telescopes,
with infrared telescopes,
37
99965
3206
Astronómovia pomocou
infračervených teleskopov
infračervených teleskopov
cez galaktický prach pozorujú
tieto hviezdy už viac ako 16 rokov.
tieto hviezdy už viac ako 16 rokov.
01:55
astronomers have watched these stars
for over 16 years.
for over 16 years.
38
103195
3867
01:59
But it's what they don't see
that is the most spectacular.
that is the most spectacular.
39
107086
3589
Najzaujímavejšie však je to, čo nevidia.
02:02
These stars seem to orbit
an invisible object.
an invisible object.
40
110699
3066
Zdá sa, že tieto hviezdy obiehajú
okolo neviditeľného objektu.
okolo neviditeľného objektu.
02:05
By tracking the paths of these stars,
41
113789
2323
Keď astronómovia sledovali
dráhu týchto hviezd, vyvodili,
dráhu týchto hviezd, vyvodili,
02:08
astronomers have concluded
42
116136
1294
že jediná vec, ktorá by bola dostatočne
malá a ťažká, aby pohyb spôsobila,
malá a ťažká, aby pohyb spôsobila,
02:09
that the only thing small and heavy
enough to cause this motion
enough to cause this motion
43
117454
3129
02:12
is a supermassive black hole --
44
120607
1968
je supermasívna čierna diera –
02:14
an object so dense that it sucks up
anything that ventures too close --
anything that ventures too close --
45
122599
4178
objekt taký hustý, že vtiahne všetko,
čo sa k nej odváži priblížiť –
čo sa k nej odváži priblížiť –
02:18
even light.
46
126801
1494
dokonca aj svetlo.
02:20
But what happens if we were
to zoom in even further?
to zoom in even further?
47
128319
3061
Čo sa však stane,
ak ju priblížime ešte viac?
ak ju priblížime ešte viac?
02:23
Is it possible to see something
that, by definition, is impossible to see?
that, by definition, is impossible to see?
48
131404
4733
Je možné uvidieť niečo,
čo je z jej podstaty nemožné vidieť?
čo je z jej podstaty nemožné vidieť?
02:28
Well, it turns out that if we were
to zoom in at radio wavelengths,
to zoom in at radio wavelengths,
49
136719
3244
Ukázalo sa,
že ak si priblížime na rádiovlny,
že ak si priblížime na rádiovlny,
02:31
we'd expect to see a ring of light
50
139987
1682
môžeme vidieť kruh svetla,
spôsobený gravitačným šošovkovaním
horúcej plazmy,
horúcej plazmy,
02:33
caused by the gravitational
lensing of hot plasma
lensing of hot plasma
51
141693
2411
02:36
zipping around the black hole.
52
144128
1829
ktorá je okolo čiernej diery.
02:37
In other words,
53
145981
1160
Inými slovami,
02:39
the black hole casts a shadow
on this backdrop of bright material,
on this backdrop of bright material,
54
147165
3171
čierna diera vrhá tieň
na toto pozadie svetlého materiálu
na toto pozadie svetlého materiálu
a vyhlbuje tým oblasť tmy.
02:42
carving out a sphere of darkness.
55
150360
1842
02:44
This bright ring reveals
the black hole's event horizon,
the black hole's event horizon,
56
152226
3339
Tento svetlý kruh odhaľuje
horizont udalostí čiernej diery,
horizont udalostí čiernej diery,
kde je gravitačná sila taká silná,
že neunikne ani svetlo.
že neunikne ani svetlo.
02:47
where the gravitational pull
becomes so great
becomes so great
57
155589
2400
02:50
that not even light can escape.
58
158013
1626
02:51
Einstein's equations predict
the size and shape of this ring,
the size and shape of this ring,
59
159663
2859
Einsteinove rovnice predpovedajú
veľkosť a tvar tohto kruhu,
veľkosť a tvar tohto kruhu,
takže ak by sme ho odfotili,
nebolo by to len fakt super,
nebolo by to len fakt super,
02:54
so taking a picture of it
wouldn't only be really cool,
wouldn't only be really cool,
60
162546
3208
02:57
it would also help to verify
that these equations hold
that these equations hold
61
165778
2618
ale pomohlo by to overiť,
že tie rovnice sú platné
že tie rovnice sú platné
03:00
in the extreme conditions
around the black hole.
around the black hole.
62
168420
2466
aj v extrémnych podmienkach
okolo čiernej diery.
okolo čiernej diery.
03:02
However, this black hole
is so far away from us,
is so far away from us,
63
170910
2558
Lenže táto čierna diera
je od nás tak ďaleko,
je od nás tak ďaleko,
03:05
that from Earth, this ring appears
incredibly small --
incredibly small --
64
173492
3098
že zo Zeme ten kruh vyzerá veľmi malý –
03:08
the same size to us as an orange
on the surface of the moon.
on the surface of the moon.
65
176614
3590
asi tak, ako by sme videli pomaranč
na povrchu Mesiaca.
na povrchu Mesiaca.
03:12
That makes taking a picture of it
extremely difficult.
extremely difficult.
66
180758
2824
Preto je odfotenie čiernej diery
nesmierne náročné.
nesmierne náročné.
03:16
Why is that?
67
184645
1302
Prečo?
03:18
Well, it all comes down
to a simple equation.
to a simple equation.
68
186512
3188
Má to na svedomí jednoduchá rovnica.
03:21
Due to a phenomenon called diffraction,
69
189724
2416
Pre jav zvaný difrakcia
existujú základné limity toho,
existujú základné limity toho,
03:24
there are fundamental limits
70
192164
1355
03:25
to the smallest objects
that we can possibly see.
that we can possibly see.
71
193543
2670
aké najmenšie objekty môžeme vidieť.
03:28
This governing equation says
that in order to see smaller and smaller,
that in order to see smaller and smaller,
72
196789
3672
Táto hlavná rovnica hovorí,
že čím menšie objekty chceme vidieť,
že čím menšie objekty chceme vidieť,
03:32
we need to make our telescope
bigger and bigger.
bigger and bigger.
73
200485
2587
tým musí byť teleskop väčší.
03:35
But even with the most powerful
optical telescopes here on Earth,
optical telescopes here on Earth,
74
203096
3069
Ale aj s najvýkonnejšími
optickými teleskopmi na Zemi
optickými teleskopmi na Zemi
sa nedokážeme priblížiť tak,
aby sme mali potrebné rozlíšenie
aby sme mali potrebné rozlíšenie
03:38
we can't even get close
to the resolution necessary
to the resolution necessary
75
206189
2419
03:40
to image on the surface of the moon.
76
208632
2198
na odfotografovanie povrchu Mesiaca.
03:42
In fact, here I show one of the highest
resolution images ever taken
resolution images ever taken
77
210854
3617
Tu je fotografia Mesiaca
s jedným z najväčších rozlíšení,
s jedným z najväčších rozlíšení,
ktorú sme kedy zo Zeme odfotili.
03:46
of the moon from Earth.
78
214495
1397
Má asi 13-tisíc pixelov
03:47
It contains roughly 13,000 pixels,
79
215916
2557
a každý pixel by mohol obsahovať
asi 1,5 milióna pomarančov.
asi 1,5 milióna pomarančov.
03:50
and yet each pixel would contain
over 1.5 million oranges.
over 1.5 million oranges.
80
218497
4050
03:55
So how big of a telescope do we need
81
223396
1972
Aký veľký teleskop teda potrebujeme,
aby sme videli
pomaranč na povrchu Mesiaca
pomaranč na povrchu Mesiaca
03:57
in order to see an orange
on the surface of the moon
on the surface of the moon
82
225392
2765
a následne aj našu čiernu dieru?
04:00
and, by extension, our black hole?
83
228181
2214
04:02
Well, it turns out
that by crunching the numbers,
that by crunching the numbers,
84
230419
2340
Keď sa pozrieme na čísla,
dokážeme vypočítať,
dokážeme vypočítať,
04:04
you can easily calculate
that we would need a telescope
that we would need a telescope
85
232783
2610
že potrebujeme teleskop
veľkosti celej Zeme.
veľkosti celej Zeme.
04:07
the size of the entire Earth.
86
235417
1393
(smiech)
04:08
(Laughter)
87
236834
1024
Ak by sme mohli postaviť
teleskop veľký ako Zem,
teleskop veľký ako Zem,
04:09
If we could build
this Earth-sized telescope,
this Earth-sized telescope,
88
237882
2119
mohli by sme vidieť kruh svetla
04:12
we could just start to make out
that distinctive ring of light
that distinctive ring of light
89
240025
2925
znázorňujúci horizont udalostí
čiernej diery.
čiernej diery.
04:14
indicative of the black
hole's event horizon.
hole's event horizon.
90
242974
2183
Hoci taká fotografia
by nemala všetky detaily,
by nemala všetky detaily,
04:17
Although this picture wouldn't contain
all the detail we see
all the detail we see
91
245181
2918
ktoré vidíme na počítačovej grafike,
04:20
in computer graphic renderings,
92
248123
1506
pomohlo by nám to zazrieť
bezprostredné okolie čiernej diery.
bezprostredné okolie čiernej diery.
04:21
it would allow us to safely get
our first glimpse
our first glimpse
93
249653
2299
04:23
of the immediate environment
around a black hole.
around a black hole.
94
251976
2487
04:26
However, as you can imagine,
95
254487
1613
Ako si však viete predstaviť,
04:28
building a single-dish telescope
the size of the Earth is impossible.
the size of the Earth is impossible.
96
256124
3624
postaviť rádiový teleskop
veľkosti Zeme je nemožné.
veľkosti Zeme je nemožné.
04:31
But in the famous words of Mick Jagger,
97
259772
1887
Ale ako hovorí Mick Jagger:
„Nemôžeš vždy mať, čo chceš,
04:33
"You can't always get what you want,
98
261683
1791
ale ak sa posnažíš, možno zistíš,
že si dostal, čo potrebuješ.“
že si dostal, čo potrebuješ.“
04:35
but if you try sometimes,
you just might find
you just might find
99
263498
2187
04:37
you get what you need."
100
265709
1215
04:38
And by connecting telescopes
from around the world,
from around the world,
101
266948
2464
Spojením teleskopov po celom svete
medzinárodná spolupráca
zvaná Teleskop horizontu udalostí
zvaná Teleskop horizontu udalostí
04:41
an international collaboration
called the Event Horizon Telescope
called the Event Horizon Telescope
102
269436
3538
vytvára počítačový teleskop veľkosti Zeme,
04:44
is creating a computational telescope
the size of the Earth,
the size of the Earth,
103
272998
3109
ktorý je schopný rozložiť štruktúru
v mierke horizontu udalostí.
v mierke horizontu udalostí.
04:48
capable of resolving structure
104
276131
1537
04:49
on the scale of a black
hole's event horizon.
hole's event horizon.
105
277692
2199
Táto sieť teleskopov plánuje odfotiť
04:51
This network of telescopes is scheduled
to take its very first picture
to take its very first picture
106
279915
3387
svoju prvú fotografiu čiernej diery
už budúci rok.
už budúci rok.
04:55
of a black hole next year.
107
283326
1815
Všetky teleskopy v tejto
svetovej sieti pracujú spolu.
svetovej sieti pracujú spolu.
04:57
Each telescope in the worldwide
network works together.
network works together.
108
285165
3338
05:00
Linked through the precise timing
of atomic clocks,
of atomic clocks,
109
288527
2712
Sú spojené presným načasovaním
atómových hodín
atómových hodín
a tím výskumníkov na každom mieste
zastaví svetlo tým,
zastaví svetlo tým,
05:03
teams of researchers at each
of the sights freeze light
of the sights freeze light
110
291263
2657
že zozbiera tisícky terabytov dát.
05:05
by collecting thousands
of terabytes of data.
of terabytes of data.
111
293944
2962
Tieto dáta sa potom spracujú
v laboratóriu tu v Massachusetts.
v laboratóriu tu v Massachusetts.
05:08
This data is then processed in a lab
right here in Massachusetts.
right here in Massachusetts.
112
296930
5017
05:13
So how does this even work?
113
301971
1794
Ako to teda funguje?
Pamätáte, že ak chceme vidieť
čiernu dieru v strede našej galaxie,
čiernu dieru v strede našej galaxie,
05:15
Remember if we want to see the black hole
in the center of our galaxy,
in the center of our galaxy,
114
303789
3403
potrebujete postaviť tento nemožne
veľký teleskop o veľkosti Zeme?
veľký teleskop o veľkosti Zeme?
05:19
we need to build this impossibly large
Earth-sized telescope?
Earth-sized telescope?
115
307216
2982
Na chvíľu si predstavme,
že taký teleskop postaviť vieme.
že taký teleskop postaviť vieme.
05:22
For just a second,
let's pretend we could build
let's pretend we could build
116
310222
2232
05:24
a telescope the size of the Earth.
117
312478
1842
05:26
This would be a little bit
like turning the Earth
like turning the Earth
118
314344
2455
Zem by sme tým premenili
na obrovskú točiacu sa diskoguľu.
na obrovskú točiacu sa diskoguľu.
05:28
into a giant spinning disco ball.
119
316823
1747
05:30
Each individual mirror would collect light
120
318594
2200
Každé jedno zrkadlo by zbieralo svetlo,
05:32
that we could then combine
together to make a picture.
together to make a picture.
121
320818
2597
ktoré by sme potom spojili
a vytvorili fotografiu.
a vytvorili fotografiu.
Čo ak by sme väčšinu zrkadiel odstránili
a ostalo by ich len zopár?
a ostalo by ich len zopár?
05:35
However, now let's say
we remove most of those mirrors
we remove most of those mirrors
122
323439
2661
05:38
so only a few remained.
123
326124
1972
05:40
We could still try to combine
this information together,
this information together,
124
328120
2877
Mohli by sme sa pokúsiť
dať tie informácie dokopy,
dať tie informácie dokopy,
05:43
but now there are a lot of holes.
125
331021
1993
ale bolo by tam veľa dier.
05:45
These remaining mirrors represent
the locations where we have telescopes.
the locations where we have telescopes.
126
333038
4373
Tieto zostávajúce zrkadlá
predstavujú miesta, kde teleskopy máme.
predstavujú miesta, kde teleskopy máme.
05:49
This is an incredibly small number
of measurements to make a picture from.
of measurements to make a picture from.
127
337435
4079
Z takého malého počtu merania
je nemožné urobiť fotografiu.
je nemožné urobiť fotografiu.
05:53
But although we only collect light
at a few telescope locations,
at a few telescope locations,
128
341538
3838
Lenže hoci zbierame svetlo
len z niekoľkých miest,
len z niekoľkých miest,
ako sa Zem točí, získame ďalšie merania.
05:57
as the Earth rotates, we get to see
other new measurements.
other new measurements.
129
345400
3423
06:00
In other words, as the disco ball spins,
those mirrors change locations
those mirrors change locations
130
348847
3819
Inými slovami, ako sa diskoguľa otáča,
tieto zrkadlá menia svoje miesta
tieto zrkadlá menia svoje miesta
a môžeme pozorovať iné časti fotografie.
06:04
and we get to observe
different parts of the image.
different parts of the image.
131
352690
2899
06:07
The imaging algorithms we develop
fill in the missing gaps of the disco ball
fill in the missing gaps of the disco ball
132
355613
4018
Vyvinuli sme algoritmus, ktorý zapĺňa
chýbajúce medzery na diskoguli
chýbajúce medzery na diskoguli
a rekonštruuje skrytú fotografiu
čiernej diery.
čiernej diery.
06:11
in order to reconstruct
the underlying black hole image.
the underlying black hole image.
133
359655
3033
06:14
If we had telescopes located
everywhere on the globe --
everywhere on the globe --
134
362712
2636
Ak by sme mali teleskopy
umiestnené po celej Zemi,
umiestnené po celej Zemi,
inými slovami, po celej diskoguli,
bolo by to jednoduché.
bolo by to jednoduché.
06:17
in other words, the entire disco ball --
135
365372
1941
06:19
this would be trivial.
136
367337
1284
06:20
However, we only see a few samples,
and for that reason,
and for that reason,
137
368645
3322
My však vidíme len pár vzoriek,
a preto existuje nekonečné množstvo
možných fotografií,
možných fotografií,
06:23
there are an infinite number
of possible images
of possible images
138
371991
2388
ktoré dokonale zodpovedajú
našim meraniam teleskopu.
našim meraniam teleskopu.
06:26
that are perfectly consistent
with our telescope measurements.
with our telescope measurements.
139
374403
2964
06:29
However, not all images are created equal.
140
377391
3016
Nie všetky fotky sú si rovné.
06:32
Some of those images look more like
what we think of as images than others.
what we think of as images than others.
141
380849
4458
Niektoré fotky
vyzerajú viac ako fotky, než iné.
vyzerajú viac ako fotky, než iné.
Mojou úlohou na ceste
k prvej fotografii čiernej diery
k prvej fotografii čiernej diery
06:37
And so, my role in helping to take
the first image of a black hole
the first image of a black hole
142
385331
3222
je navrhnúť algoritmy,
ktoré nájdu najlepšiu fotku,
ktoré nájdu najlepšiu fotku,
06:40
is to design algorithms that find
the most reasonable image
the most reasonable image
143
388577
2932
ktorá zároveň zapadá do meraní teleskopov.
06:43
that also fits the telescope measurements.
144
391533
2222
06:46
Just as a forensic sketch artist
uses limited descriptions
uses limited descriptions
145
394727
3942
Rovnako ako súdny kreslič,
ktorý používa obmedzené opisy,
ktorý používa obmedzené opisy,
aby vytvoril obrázok pomocou
svojich znalostí štruktúry tváre,
svojich znalostí štruktúry tváre,
06:50
to piece together a picture using
their knowledge of face structure,
their knowledge of face structure,
146
398693
3514
algoritmus, ktorý vyvíjam,
používa naše obmedzené dáta z teleskopov,
používa naše obmedzené dáta z teleskopov,
06:54
the imaging algorithms I develop
use our limited telescope data
use our limited telescope data
147
402231
3315
aby nás naviedol k obrázku,
ktorý tiež vyzerá ako niečo vo vesmíre.
ktorý tiež vyzerá ako niečo vo vesmíre.
06:57
to guide us to a picture that also
looks like stuff in our universe.
looks like stuff in our universe.
148
405570
4322
07:01
Using these algorithms,
we're able to piece together pictures
we're able to piece together pictures
149
409916
3651
Pomocou týchto algoritmov
sa nám podarilo poskladať obrázky
sa nám podarilo poskladať obrázky
07:05
from this sparse, noisy data.
150
413591
2180
z týchto riedkych a nejasných dát.
07:07
So here I show a sample reconstruction
done using simulated data,
done using simulated data,
151
415795
4529
Tu vidíte vzorovú rekonštrukciu
pomocou simulovaných dát,
pomocou simulovaných dát,
07:12
when we pretend to point our telescopes
152
420348
1933
kde sa tvárime, že mierime naše teleskopy
na čiernu dieru našej galaxie.
na čiernu dieru našej galaxie.
07:14
to the black hole
in the center of our galaxy.
in the center of our galaxy.
153
422305
2585
07:16
Although this is just a simulation,
reconstruction such as this give us hope
reconstruction such as this give us hope
154
424914
4455
Hoci to je len simulácia,
takáto rekonštrukcia nám dáva nádej,
takáto rekonštrukcia nám dáva nádej,
že čoskoro budeme spoľahlivo môcť urobiť
prvú fotografiu čiernej diery
prvú fotografiu čiernej diery
07:21
that we'll soon be able to reliably take
the first image of a black hole
the first image of a black hole
155
429393
3453
a potom určiť veľkosť jej kruhu.
07:24
and from it, determine
the size of its ring.
the size of its ring.
156
432870
2595
Hoci by som vám rada povedala
o všetkých detailoch tohto algoritmu,
o všetkých detailoch tohto algoritmu,
07:28
Although I'd love to go on
about all the details of this algorithm,
about all the details of this algorithm,
157
436118
3199
našťastie pre vás, nemám na to čas.
07:31
luckily for you, I don't have the time.
158
439341
2174
07:33
But I'd still like
to give you a brief idea
to give you a brief idea
159
441539
2001
Aj tak by som vám rada vysvetlila,
ako určujeme, ako vesmír vyzerá
ako určujeme, ako vesmír vyzerá
07:35
of how we define
what our universe looks like,
what our universe looks like,
160
443564
2302
07:37
and how we use this to reconstruct
and verify our results.
and verify our results.
161
445890
4466
a ako to používame na rekonštruovanie
a overovanie našich výsledkov.
a overovanie našich výsledkov.
07:42
Since there are an infinite number
of possible images
of possible images
162
450380
2496
Keďže existuje
nekonečné množstvo možných fotiek,
nekonečné množstvo možných fotiek,
ktoré dokonale vysvetľujú
naše merania teleskopmi,
naše merania teleskopmi,
07:44
that perfectly explain
our telescope measurements,
our telescope measurements,
163
452900
2365
musíme si medzi nimi nejako vybrať.
07:47
we have to choose
between them in some way.
between them in some way.
164
455289
2605
Robíme to tým, že obrázky hodnotíme
07:49
We do this by ranking the images
165
457918
1838
podľa toho, ako veľmi je pravdepodobné,
že vyzerajú ako čierna diera
že vyzerajú ako čierna diera
07:51
based upon how likely they are
to be the black hole image,
to be the black hole image,
166
459780
2834
07:54
and then choosing the one
that's most likely.
that's most likely.
167
462638
2482
a potom vyberieme ten,
ktorý má najväčšiu pravdepodobnosť.
ktorý má najväčšiu pravdepodobnosť.
07:57
So what do I mean by this exactly?
168
465144
2195
Čo presne tým myslím?
07:59
Let's say we were trying to make a model
169
467862
1978
Povedzme, že sa snažíme spraviť model,
08:01
that told us how likely an image
were to appear on Facebook.
were to appear on Facebook.
170
469864
3183
ktorý by nám povedal, ako sa asi fotka
bude zobrazovať na Facebooku.
bude zobrazovať na Facebooku.
08:05
We'd probably want the model to say
171
473071
1701
Asi by sme chceli, aby model povedal,
08:06
it's pretty unlikely that someone
would post this noise image on the left,
would post this noise image on the left,
172
474796
3557
že je nepravdepodobné, že by niekto
zverejnil zrnitý obrázok naľavo
zverejnil zrnitý obrázok naľavo
a pravdepodobné, že niekto
by publikoval selfie ako tú napravo.
by publikoval selfie ako tú napravo.
08:10
and pretty likely that someone
would post a selfie
would post a selfie
173
478377
2419
08:12
like this one on the right.
174
480820
1334
Obrázok v strede je rozmazaný
08:14
The image in the middle is blurry,
175
482178
1639
a hoci je pravdepodobnejšie,
že ho na Facebooku uvidíme
že ho na Facebooku uvidíme
08:15
so even though it's more likely
we'd see it on Facebook
we'd see it on Facebook
176
483841
2639
v porovnaní s tým zrnitým,
08:18
compared to the noise image,
177
486504
1360
je to menej pravdepodobné
v porovnaní so selfie.
v porovnaní so selfie.
08:19
it's probably less likely we'd see it
compared to the selfie.
compared to the selfie.
178
487888
2960
Keď ide o fotky čiernej diery,
08:22
But when it comes to images
from the black hole,
from the black hole,
179
490872
2290
máme pred sebou skutočný rébus:
nikdy predtým sme čiernu dieru nevideli.
nikdy predtým sme čiernu dieru nevideli.
08:25
we're posed with a real conundrum:
we've never seen a black hole before.
we've never seen a black hole before.
180
493186
3502
08:28
In that case, what is a likely
black hole image,
black hole image,
181
496712
2291
Ako asi bude fotka čiernej diery vyzerať
08:31
and what should we assume
about the structure of black holes?
about the structure of black holes?
182
499027
2938
a čo sa môžeme domnievať
o štruktúre čiernych dier?
o štruktúre čiernych dier?
Mohli by sme použiť fotky
zo simulácií, ktoré sme spravili,
zo simulácií, ktoré sme spravili,
08:33
We could try to use images
from simulations we've done,
from simulations we've done,
183
501989
2632
08:36
like the image of the black hole
from "Interstellar,"
from "Interstellar,"
184
504645
2530
ako obrázok čiernej diery z Interstellaru,
ale mohlo by to spôsobiť vážne problémy.
ale mohlo by to spôsobiť vážne problémy.
08:39
but if we did this,
it could cause some serious problems.
it could cause some serious problems.
185
507199
2938
08:42
What would happen
if Einstein's theories didn't hold?
if Einstein's theories didn't hold?
186
510161
3380
Čo by sa stalo,
ak by sa Einsteinove teórie nepotvrdili?
ak by sa Einsteinove teórie nepotvrdili?
08:45
We'd still want to reconstruct
an accurate picture of what was going on.
an accurate picture of what was going on.
187
513565
3961
Stále by sme chceli zrekonštruovať
presnú fotografiu toho, čo tam je.
presnú fotografiu toho, čo tam je.
08:49
If we bake Einstein's equations
too much into our algorithms,
too much into our algorithms,
188
517550
3371
Ak Einsteinove rovnice
do našich algoritmov zavedieme až príliš,
do našich algoritmov zavedieme až príliš,
nakoniec uvidíme niečo, čo aj očakávame.
08:52
we'll just end up seeing
what we expect to see.
what we expect to see.
189
520945
2755
Inými slovami si chceme nechať
otvorené možnosti,
otvorené možnosti,
08:55
In other words,
we want to leave the option open
we want to leave the option open
190
523724
2276
lebo možno je v strede našej galaxie
obrovský slon.
obrovský slon.
08:58
for there being a giant elephant
at the center of our galaxy.
at the center of our galaxy.
191
526024
2923
(smiech)
09:00
(Laughter)
192
528971
1057
Rôzne druhy fotiek majú rôzne vlastnosti.
09:02
Different types of images have
very distinct features.
very distinct features.
193
530052
2989
09:05
We can easily tell the difference
between black hole simulation images
between black hole simulation images
194
533065
3548
Vieme ľahko rozlíšiť medzi simulovanými
fotkami čiernej diery
fotkami čiernej diery
a fotkami, ktoré snímame
každý deň na Zemi.
každý deň na Zemi.
09:08
and images we take
every day here on Earth.
every day here on Earth.
195
536637
2276
Potrebujeme spôsob,
ako algoritmom povedať,
ako algoritmom povedať,
09:10
We need a way to tell our algorithms
what images look like
what images look like
196
538937
3104
ako fotky vyzerajú bez toho,
aby sme nevnútili istú vlastnosť fotky.
aby sme nevnútili istú vlastnosť fotky.
09:14
without imposing one type
of image's features too much.
of image's features too much.
197
542065
3249
09:17
One way we can try to get around this
198
545865
1893
Jeden spôsob, ako to spraviť,
je využiť vlastnosti rôznych fotiek
je využiť vlastnosti rôznych fotiek
09:19
is by imposing the features
of different kinds of images
of different kinds of images
199
547782
3062
a vidieť, ako ten typ fotky
ovplyvňuje naše rekonštrukcie.
ovplyvňuje naše rekonštrukcie.
09:22
and seeing how the type of image we assume
affects our reconstructions.
affects our reconstructions.
200
550868
4130
09:27
If all images' types produce
a very similar-looking image,
a very similar-looking image,
201
555712
3491
Ak všetky druhy obrázkov
vytvoria podobné obrázky,
vytvoria podobné obrázky,
budeme si môcť byť istejší,
09:31
then we can start to become more confident
202
559227
2057
že naše predstavy o fotke
veľmi neovplyvňujú výslednú fotku.
veľmi neovplyvňujú výslednú fotku.
09:33
that the image assumptions we're making
are not biasing this picture that much.
are not biasing this picture that much.
203
561308
4173
09:37
This is a little bit like
giving the same description
giving the same description
204
565505
2990
Je to podobné,
ako by sme dali rovnaký opis
ako by sme dali rovnaký opis
trom rôznym kresličom z celého sveta.
09:40
to three different sketch artists
from all around the world.
from all around the world.
205
568519
2996
09:43
If they all produce
a very similar-looking face,
a very similar-looking face,
206
571539
2860
Ak všetci nakreslia podobnú tvár,
potom si môžeme byť istejší,
potom si môžeme byť istejší,
09:46
then we can start to become confident
207
574423
1793
že do kresieb nevkladajú
vlastné kultúrne vplyvy.
vlastné kultúrne vplyvy.
09:48
that they're not imposing their own
cultural biases on the drawings.
cultural biases on the drawings.
208
576240
3616
09:51
One way we can try to impose
different image features
different image features
209
579880
3315
Jeden spôsob, ako sa snažíme
vložiť rôzne vlastnosti obrázka,
vložiť rôzne vlastnosti obrázka,
je použitím častí existujúcich obrázkov.
09:55
is by using pieces of existing images.
210
583219
2441
09:58
So we take a large collection of images,
211
586214
2160
Vezmeme si veľkú zbierku obrázkov
a rozčleníme si ich na niekoľko
malých políčok.
malých políčok.
10:00
and we break them down
into their little image patches.
into their little image patches.
212
588398
2718
10:03
We then can treat each image patch
a little bit like pieces of a puzzle.
a little bit like pieces of a puzzle.
213
591140
4285
Každé políčko potom berieme
ako malý kúsok skladačky.
ako malý kúsok skladačky.
10:07
And we use commonly seen puzzle pieces
to piece together an image
to piece together an image
214
595449
4278
Potom použijeme spoločne videné
kúsky skladačky a vytvoríme obrázok,
kúsky skladačky a vytvoríme obrázok,
ktorý zapadá aj do našich
meraní teleskopmi.
meraní teleskopmi.
10:11
that also fits our telescope measurements.
215
599751
2452
10:15
Different types of images have
very distinctive sets of puzzle pieces.
very distinctive sets of puzzle pieces.
216
603040
3743
Rôzne druhy obrázkov
majú osobitné série kúskov skladačky.
majú osobitné série kúskov skladačky.
10:18
So what happens when we take the same data
217
606807
2806
Čo sa stane, keď vezmeme rovnaké údaje,
ale použijeme rôzne série kúskov skladačky
na rekonštrukciu obrázka?
na rekonštrukciu obrázka?
10:21
but we use different sets of puzzle pieces
to reconstruct the image?
to reconstruct the image?
218
609637
4130
10:25
Let's first start with black hole
image simulation puzzle pieces.
image simulation puzzle pieces.
219
613791
4766
Začnime najskôr s kúskami skladačky
simulácie čiernej diery.
simulácie čiernej diery.
10:30
OK, this looks reasonable.
220
618581
1591
Dobre, toto vyzerá obstojne.
Takto očakávame, že čierna diera vyzerá.
10:32
This looks like what we expect
a black hole to look like.
a black hole to look like.
221
620196
2694
Získali sme tento obrázok preto,
10:34
But did we just get it
222
622914
1193
10:36
because we just fed it little pieces
of black hole simulation images?
of black hole simulation images?
223
624131
3314
lebo sme doň vložili malé kúsky
obrázkovej simulácie čiernej diery?
obrázkovej simulácie čiernej diery?
10:39
Let's try another set of puzzle pieces
224
627469
1880
Skúsme ďalšie kúsky skladačky
10:41
from astronomical, non-black hole objects.
225
629373
2509
z astronomických objektov,
nie z čiernych dier.
nie z čiernych dier.
10:44
OK, we get a similar-looking image.
226
632914
2126
Dobre, získali sme podobný obrázok.
10:47
And then how about pieces
from everyday images,
from everyday images,
227
635064
2236
A čo kúsky každodenných fotiek,
ako napríklad tie,
ktoré odfotíte svojím foťákom?
ktoré odfotíte svojím foťákom?
10:49
like the images you take
with your own personal camera?
with your own personal camera?
228
637324
2785
10:53
Great, we see the same image.
229
641312
2115
Super, je to rovnaký obrázok.
10:55
When we get the same image
from all different sets of puzzle pieces,
from all different sets of puzzle pieces,
230
643451
3366
Keď dostaneme rovnaký obrázok
z rôznych kúskov skladačky,
z rôznych kúskov skladačky,
10:58
then we can start to become more confident
231
646841
2046
vtedy si môžeme byť istejší,
že naše predpoklady o fotografii
že naše predpoklady o fotografii
11:00
that the image assumptions we're making
232
648911
1966
neovplyvňujú konečnú
fotografiu príliš veľmi.
fotografiu príliš veľmi.
11:02
aren't biasing the final
image we get too much.
image we get too much.
233
650901
2921
11:05
Another thing we can do is take
the same set of puzzle pieces,
the same set of puzzle pieces,
234
653846
3253
Ďalej môžeme zobrať
rovnaké kúsky skladačky,
rovnaké kúsky skladačky,
ako napríklad tie odvodené
od každodenných obrázkov,
od každodenných obrázkov,
11:09
such as the ones derived
from everyday images,
from everyday images,
235
657123
2489
a použiť ich na rekonštrukciu
rôznych zdrojových obrázkov.
rôznych zdrojových obrázkov.
11:11
and use them to reconstruct
many different kinds of source images.
many different kinds of source images.
236
659636
3600
11:15
So in our simulations,
237
663260
1271
V našich simuláciách predstierame,
že čierna diera
že čierna diera
11:16
we pretend a black hole looks like
astronomical non-black hole objects,
astronomical non-black hole objects,
238
664555
3775
vyzerá ako astronomický objekt,
ktorý nie je čierna diera,
ktorý nie je čierna diera,
rovnako ako každodenné obrázky
ako slon v strede našej galaxie.
ako slon v strede našej galaxie.
11:20
as well as everyday images like
the elephant in the center of our galaxy.
the elephant in the center of our galaxy.
239
668354
3849
11:24
When the results of our algorithms
on the bottom look very similar
on the bottom look very similar
240
672227
3168
Keď výsledky našich algoritmov dole
vyzerajú podobne,
vyzerajú podobne,
ako pravdivý obrázok
našej simulácie hore,
našej simulácie hore,
11:27
to the simulation's truth image on top,
241
675419
2096
potom môžeme našim algoritmom viac veriť.
11:29
then we can start to become
more confident in our algorithms.
more confident in our algorithms.
242
677539
3346
11:32
And I really want to emphasize here
243
680909
1867
Chcem tu skutočne zdôrazniť,
že všetky tieto obrázky boli vytvorené
že všetky tieto obrázky boli vytvorené
11:34
that all of these pictures were created
244
682800
1934
poskladaním malých kúskov
každodenných fotografií,
každodenných fotografií,
11:36
by piecing together little pieces
of everyday photographs,
of everyday photographs,
245
684758
2936
11:39
like you'd take with your own
personal camera.
personal camera.
246
687718
2215
aké by sme odfotili svojím foťákom.
11:41
So an image of a black hole
we've never seen before
we've never seen before
247
689957
3276
Takže obrázok čiernej diery,
ktorý sme nikdy nevideli,
ktorý sme nikdy nevideli,
môže byť nakoniec vytvorený
spojením obrázkov, ktoré vidíme stále,
spojením obrázkov, ktoré vidíme stále,
11:45
may eventually be created by piecing
together pictures we see all the time
together pictures we see all the time
248
693257
3943
obrázkov ľudí, budov,
stromov, mačiek a psov.
stromov, mačiek a psov.
11:49
of people, buildings,
trees, cats and dogs.
trees, cats and dogs.
249
697224
2745
11:51
Imaging ideas like this
will make it possible for us
will make it possible for us
250
699993
2645
Vďaka takémuto snímaniu budeme môcť
odfotiť prvú fotku čiernej diery.
odfotiť prvú fotku čiernej diery.
11:54
to take our very first pictures
of a black hole,
of a black hole,
251
702662
2619
11:57
and hopefully, verify
those famous theories
those famous theories
252
705305
2447
Dúfame, že budeme môcť
aj potvrdiť slávne teórie,
aj potvrdiť slávne teórie,
11:59
on which scientists rely on a daily basis.
253
707776
2421
od ktorých vedci každodenne závisia.
Samozrejme, získať takéto fotografie
by nebolo možné
by nebolo možné
12:02
But of course, getting
imaging ideas like this working
imaging ideas like this working
254
710221
2608
12:04
would never have been possible
without the amazing team of researchers
without the amazing team of researchers
255
712853
3322
bez úžasného tímu vedcov,
s ktorými mám to privilégium pracovať.
s ktorými mám to privilégium pracovať.
12:08
that I have the privilege to work with.
256
716199
1887
12:10
It still amazes me
257
718110
1163
Stále ma udivuje,
že hoci som na tomto projekte
že hoci som na tomto projekte
12:11
that although I began this project
with no background in astrophysics,
with no background in astrophysics,
258
719297
3351
začala pracovať
bez vedomostí z astrofyziky,
bez vedomostí z astrofyziky,
výsledkom našej jedinečnej spolupráce,
12:14
what we have achieved
through this unique collaboration
through this unique collaboration
259
722672
2619
by mohlo vyústiť
do úplne prvej fotografie čiernej diery.
do úplne prvej fotografie čiernej diery.
12:17
could result in the very first
images of a black hole.
images of a black hole.
260
725315
2759
12:20
But big projects like
the Event Horizon Telescope
the Event Horizon Telescope
261
728098
2698
Veľké projekty
ako Teleskop horizontu udalostí
ako Teleskop horizontu udalostí
sú úspešné vďaka
interdisciplinárnym kvalifikáciám,
interdisciplinárnym kvalifikáciám,
12:22
are successful due to all
the interdisciplinary expertise
the interdisciplinary expertise
262
730820
2814
ktoré rôzni ľudia do projektu prinášajú.
12:25
different people bring to the table.
263
733658
1790
12:27
We're a melting pot of astronomers,
264
735472
1706
Sme zmesou astronómov, fyzikov,
matematikov a inžinierov.
matematikov a inžinierov.
12:29
physicists, mathematicians and engineers.
265
737202
2232
12:31
This is what will make it soon possible
266
739458
2554
A toto umožní dosiahnuť niečo,
čo sme považovali za nedosiahnuteľné.
čo sme považovali za nedosiahnuteľné.
12:34
to achieve something
once thought impossible.
once thought impossible.
267
742036
2853
12:36
I'd like to encourage all of you to go out
268
744913
2256
Chcela by som vás všetkých podporiť v tom,
aby ste pomohli posúvať hranice vedy.
aby ste pomohli posúvať hranice vedy.
12:39
and help push the boundaries of science,
269
747193
2096
12:41
even if it may at first seem
as mysterious to you as a black hole.
as mysterious to you as a black hole.
270
749313
3901
Aj keď vám to najskôr
môže pripadať tajomné ako čierna diera.
môže pripadať tajomné ako čierna diera.
12:45
Thank you.
271
753238
1174
Ďakujem.
(potlesk)
12:46
(Applause)
272
754436
2397
ABOUT THE SPEAKER
Katie Bouman - Imaging scientistKatie 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 BBC, The Boston Globe, The Washington Post, Popular Science and NPR.
Katie Bouman | Speaker | TED.com