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

Katie Bouman: 如何拍攝黑洞的照片

Filmed:
5,455,257 views

在銀河系中心,有個超大質量黑洞。壯觀的它,有個熱氣旋的轉盤,會吸引敢於近距離接近它的所有東西,連光線也不例外。其實我們看不見它,由於它的表面投下了陰影,而這個陰影的影像有助於解釋關於宇宙的一些重大的問題。科學家之前認為,要製作出這樣的影像需要地球般大小的望遠鏡。然而 Katie Bouman 和天文學家團隊想出一個聰明的解決方案。和我們一起來探索,如何看清這無盡的黑暗吧。
- 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電影 "Interstellar星際,"
0
1436
1860
在「星際效應」這部電影中,
00:15
we get an up-close快了 look
at a supermassive超大 black黑色 hole.
1
3320
3327
我們更近距離地看到了
超質量黑洞。
00:18
Set against反對 a backdrop背景 of bright gas加油站,
2
6671
2143
在明亮氣體的背景下,
00:20
the black黑色 hole's孔的 massive大規模的
gravitational引力 pull
3
8838
2118
黑洞的巨大引力
00:22
bends彎曲 light into a ring.
4
10980
1435
使光線形成戒指般的環狀。
00:24
However然而, this isn't a real真實 photograph照片,
5
12439
2109
但是,這不是張真實的照片,
00:26
but a computer電腦 graphic圖像 rendering翻譯 --
6
14572
1786
而是電腦圖像的呈現,
00:28
an artistic藝術的 interpretation解釋
of what a black黑色 hole might威力 look like.
7
16382
3390
是對黑洞可能的呈像的
藝術化的演繹。
00:32
A hundred years年份 ago,
8
20401
1166
一百年前,
00:33
Albert阿爾伯特 Einstein愛因斯坦 first published發表
his theory理論 of general一般 relativity相對論.
9
21591
3601
愛因斯坦首先發表了他的相對論。
00:37
In the years年份 since以來 then,
10
25216
1439
那之後的幾年,
00:38
scientists科學家們 have provided提供
a lot of evidence證據 in support支持 of it.
11
26679
2973
科學家提供了很多證據支持他的理論。
00:41
But one thing predicted預料到的
from this theory理論, black黑色 holes,
12
29676
3084
但是從他的理論中預測到的黑洞
00:44
still have not been directly observed觀察到的.
13
32784
2350
仍然無法有直接證據證實。
00:47
Although雖然 we have some idea理念
as to what a black黑色 hole might威力 look like,
14
35158
3206
雖然我們對於黑洞的呈像有一些想法,
00:50
we've我們已經 never actually其實 taken採取
a picture圖片 of one before.
15
38388
2779
但是我們從來沒有真正
拍攝過一張黑洞的相片。
00:53
However然而, you might威力 be surprised詫異 to know
that that may可能 soon不久 change更改.
16
41191
4279
也許你會驚訝於這種困境即將改變。
00:57
We may可能 be seeing眼看 our first picture圖片
of a black黑色 hole in the next下一個 couple一對 years年份.
17
45494
4164
我們在未來幾年內也許
可以得到第一張黑洞的相片。
01:01
Getting入門 this first picture圖片 will come down
to an international國際 team球隊 of scientists科學家們,
18
49682
3958
國際的科學家團隊
將會獲得這第一張圖片,
01:05
an Earth-sized地球大小 telescope望遠鏡
19
53664
1567
透過地球大小般的望遠鏡,
01:07
and an algorithm算法 that puts看跌期權 together一起
the final最後 picture圖片.
20
55255
2832
和一個演算方法,獲得最後這張圖片。
01:10
Although雖然 I won't慣於 be able能夠 to show顯示 you
a real真實 picture圖片 of a black黑色 hole today今天,
21
58111
3528
雖然,我今天無法讓大家看到
黑洞真正的照片,
01:13
I'd like to give you a brief簡要 glimpse一瞥
into the effort功夫 involved參與
22
61663
2911
但是,我想要簡單地向各位說明一下
01:16
in getting得到 that first picture圖片.
23
64598
1613
獲得這首張照片所付出的努力。
01:19
My name名稱 is Katie凱蒂 Bouman布曼,
24
67477
1437
我是 Katie Bouman ,
01:20
and I'm a PhD博士 student學生 at MITMIT.
25
68938
2566
一名麻省理工學院博士生。
01:23
I do research研究 in a computer電腦 science科學 lab實驗室
26
71528
2027
我在電腦科學實驗室做研究,
01:25
that works作品 on making製造 computers電腦
see through通過 images圖片 and video視頻.
27
73579
3298
讓電腦透過影像及影片,
能夠「看見」、識別。
01:28
But although雖然 I'm not an astronomer天文學家,
28
76901
2162
雖然我不是天文學家,
01:31
today今天 I'd like to show顯示 you
29
79087
1285
但是,我現在要讓大家看的是
01:32
how I've been able能夠 to contribute有助於
to this exciting扣人心弦 project項目.
30
80396
2903
我如何投入這令人興奮的專案。
01:35
If you go out past過去
the bright city lights燈火 tonight今晚,
31
83323
2831
如果今晚你們離開了城市明亮的燈光,
01:38
you may可能 just be lucky幸運 enough足夠
to see a stunning令人驚嘆 view視圖
32
86178
2436
可能運氣夠好,
可以看到銀河系美麗的影像。
01:40
of the Milky乳白色 Way Galaxy星系.
33
88638
1493
01:42
And if you could zoom放大 past過去
millions百萬 of stars明星,
34
90155
2462
如果你的視野能夠穿越數百萬顆星星,
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
向着銀河的螺旋中心前進 26,000 光年,
01:48
we'd星期三 eventually終於 reach達到
a cluster of stars明星 right at the center中央.
36
96420
3521
最後會在中心點遇到一群星星。
01:51
Peering對等 past過去 all the galactic dust灰塵
with infrared紅外線 telescopes望遠鏡,
37
99965
3206
天文學家使用紅外線望遠鏡
透過銀河系塵埃
01:55
astronomers天文學家 have watched看著 these stars明星
for over 16 years年份.
38
103195
3867
觀察這些星星,
已經超過了 16 年。
01:59
But it's what they don't see
that is the most spectacular壯觀.
39
107086
3589
但是,最為壯觀的東西,
卻是他們無法看見的。
02:02
These stars明星 seem似乎 to orbit軌道
an invisible無形 object目的.
40
110699
3066
這些星星似乎繞著一個
隱形的物體運轉著。
02:05
By tracking追踪 the paths路徑 of these stars明星,
41
113789
2323
藉由追蹤這些星星的軌跡,
02:08
astronomers天文學家 have concluded總結
42
116136
1294
天文學家得到一個結論:
02:09
that the only thing small and heavy
enough足夠 to cause原因 this motion運動
43
117454
3129
只有一個又小又重的物體
才能夠造成這樣的運動軌跡,
02:12
is a supermassive超大 black黑色 hole --
44
120607
1968
那就是超質量黑洞,
02:14
an object目的 so dense稠密 that it sucks up
anything that ventures企業 too close --
45
122599
4178
它的密度高到能夠吸收
所有敢於近距離靠近它的東西,
02:18
even light.
46
126801
1494
連光線也不例外。
02:20
But what happens發生 if we were
to zoom放大 in even further進一步?
47
128319
3061
但是,如果我們將影像放大,
會發生什麼事呢?
02:23
Is it possible可能 to see something
that, by definition定義, is impossible不可能 to see?
48
131404
4733
有沒有可能看到那些
原本被定義為看不見的東西呢?
02:28
Well, it turns out that if we were
to zoom放大 in at radio無線電 wavelengths波長,
49
136719
3244
事實顯示,如果我們
以無線電波長的尺度放大,
02:31
we'd星期三 expect期望 to see a ring of light
50
139987
1682
我們預期可以看到一個光環,
02:33
caused造成 by the gravitational引力
lensing透鏡 of hot plasma等離子體
51
141693
2411
它是由黑洞旁
高速移動的熱離子體的
02:36
zipping荏苒 around the black黑色 hole.
52
144128
1829
「引力透鏡」效應形成。
02:37
In other words,
53
145981
1160
換句話說,
02:39
the black黑色 hole casts鑄件 a shadow陰影
on this backdrop背景 of bright material材料,
54
147165
3171
黑洞在明亮物質的背景下投射出陰影,
02:42
carving雕刻 out a sphere領域 of darkness黑暗.
55
150360
1842
刻畫出黑色的球體。
02:44
This bright ring reveals揭示
the black黑色 hole's孔的 event事件 horizon地平線,
56
152226
3339
這個光環揭露了黑洞的表面界限,
02:47
where the gravitational引力 pull
becomes so great
57
155589
2400
在那個地方,引力拉扯的力量很大,
02:50
that not even light can escape逃逸.
58
158013
1626
連光線都無法逃脫。
02:51
Einstein's愛因斯坦 equations方程 predict預測
the size尺寸 and shape形狀 of this ring,
59
159663
2859
愛因斯坦方程式預測了
這個光環的大小與形狀,
02:54
so taking服用 a picture圖片 of it
wouldn't不會 only be really cool,
60
162546
3208
所以拍攝黑洞的相片不只是很酷,
02:57
it would also help to verify校驗
that these equations方程 hold保持
61
165778
2618
它也有助於驗證這些方程式
03:00
in the extreme極端 conditions條件
around the black黑色 hole.
62
168420
2466
能在黑洞附近這樣的
極端環境下成立。
03:02
However然而, this black黑色 hole
is so far away from us,
63
170910
2558
但是,這個黑洞距離我們非常遙遠,
03:05
that from Earth地球, this ring appears出現
incredibly令人難以置信 small --
64
173492
3098
從地球看過去,
這個光環是不可思議的小,
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
就像是月球表面的
一個橘子那樣的小。
03:12
That makes品牌 taking服用 a picture圖片 of it
extremely非常 difficult.
66
180758
2824
所以拍攝黑洞的相片是極其困難的。
03:16
Why is that?
67
184645
1302
為什麼呢?
03:18
Well, it all comes down
to a simple簡單 equation方程.
68
186512
3188
因為,這所有的一切
可以歸結於一個簡單的方程式。
03:21
Due應有 to a phenomenon現象 called diffraction衍射,
69
189724
2416
由於「衍射」現象,
03:24
there are fundamental基本的 limits範圍
70
192164
1355
我們所能觀察到的最小物體,
03:25
to the smallest最少 objects對象
that we can possibly或者 see.
71
193543
2670
是有限小的,
我們無法洞察更小的結構。
03:28
This governing治理 equation方程 says
that in order訂購 to see smaller and smaller,
72
196789
3672
這個方程式說,
為了要看到越來越小的物體,
03:32
we need to make our telescope望遠鏡
bigger and bigger.
73
200485
2587
我們必須製作越來越大的望遠鏡。
03:35
But even with the most powerful強大
optical光纖 telescopes望遠鏡 here on Earth地球,
74
203096
3069
但是,即使透過地球上
最強大的光學望遠鏡,
03:38
we can't even get close
to the resolution解析度 necessary必要
75
206189
2419
我們還是遠遠達不到
03:40
to image圖片 on the surface表面 of the moon月亮.
76
208632
2198
拍攝月球表面的影像所需要的解析度。
03:42
In fact事實, here I show顯示 one of the highest最高
resolution解析度 images圖片 ever taken採取
77
210854
3617
事實上,請大家看看這張從地球拍攝的
解析度最高的月球照片之一,
03:46
of the moon月亮 from Earth地球.
78
214495
1397
03:47
It contains包含 roughly大致 13,000 pixels像素,
79
215916
2557
這張相片大約有一萬三千像素,
03:50
and yet然而 each pixel像素 would contain包含
over 1.5 million百萬 oranges桔子.
80
218497
4050
而每一個像素可包含
超過 150 萬個橘子。
03:55
So how big of a telescope望遠鏡 do we need
81
223396
1972
那麼,為了要看到月球表面的橘子,
03:57
in order訂購 to see an orange橙子
on the surface表面 of the moon月亮
82
225392
2765
我們需要多大的望遠鏡呢?
04:00
and, by extension延期, our black黑色 hole?
83
228181
2214
再者,為了要看到黑洞?
04:02
Well, it turns out
that by crunching搗弄 the numbers數字,
84
230419
2340
事實證明,透過大量運算,
04:04
you can easily容易 calculate計算
that we would need a telescope望遠鏡
85
232783
2610
我們可以很容易地計算出
我們所需要的望遠鏡
04:07
the size尺寸 of the entire整個 Earth地球.
86
235417
1393
必須是整個地球那麼大。
04:08
(Laughter笑聲)
87
236834
1024
(笑聲)
04:09
If we could build建立
this Earth-sized地球大小 telescope望遠鏡,
88
237882
2119
如果我們建造出地球般大小的望遠鏡,
04:12
we could just start開始 to make out
that distinctive獨特 ring of light
89
240025
2925
我們馬上就可以探測出一個獨特光環,
04:14
indicative指示 of the black黑色
hole's孔的 event事件 horizon地平線.
90
242974
2183
它表明了黑洞的表面界限。
04:17
Although雖然 this picture圖片 wouldn't不會 contain包含
all the detail詳情 we see
91
245181
2918
雖然這張相片沒有包含所有細節,
04:20
in computer電腦 graphic圖像 renderings效果圖,
92
248123
1506
像我們在電腦圖形渲染上看到的那樣,
04:21
it would allow允許 us to safely安然 get
our first glimpse一瞥
93
249653
2299
但是,至少我們可以安全地
04:23
of the immediate即時 environment環境
around a black黑色 hole.
94
251976
2487
對黑洞附近的環境瞥上一眼。
04:26
However然而, as you can imagine想像,
95
254487
1613
然而,如同大家想像的,
04:28
building建造 a single-dish單盤 telescope望遠鏡
the size尺寸 of the Earth地球 is impossible不可能.
96
256124
3624
建造一個地球大小的
單碟望遠鏡是不可能的。
04:31
But in the famous著名 words of Mick米克 Jagger,
97
259772
1887
但是在 Mick Jagger 的名言中:
04:33
"You can't always get what you want,
98
261683
1791
「你無法一直得到你所想要的,
04:35
but if you try sometimes有時,
you just might威力 find
99
263498
2187
但是如果你去嘗試,你可能會發現
04:37
you get what you need."
100
265709
1215
你得到了你所需要的。」
04:38
And by connecting telescopes望遠鏡
from around the world世界,
101
266948
2464
藉由連結世界各地的望遠鏡,
04:41
an international國際 collaboration合作
called the Event事件 Horizon地平線 Telescope望遠鏡
102
269436
3538
名為「事件視界望遠鏡」的國際組織
04:44
is creating創建 a computational計算 telescope望遠鏡
the size尺寸 of the Earth地球,
103
272998
3109
正著手創建一個地球大小的
計算型望遠鏡,
04:48
capable of resolving解析 structure結構體
104
276131
1537
它能夠解析黑洞的
04:49
on the scale規模 of a black黑色
hole's孔的 event事件 horizon地平線.
105
277692
2199
表面界限的結構。
04:51
This network網絡 of telescopes望遠鏡 is scheduled計劃
to take its very first picture圖片
106
279915
3387
這個望遠鏡網路預計明年
04:55
of a black黑色 hole next下一個 year.
107
283326
1815
拍攝黑洞的第一張相片。
04:57
Each telescope望遠鏡 in the worldwide全世界
network網絡 works作品 together一起.
108
285165
3338
世界各地的望遠鏡網路同時運作。
05:00
Linked關聯 through通過 the precise精確 timing定時
of atomic原子 clocks時鐘,
109
288527
2712
透過原子鐘的精準時間鏈結,
05:03
teams球隊 of researchers研究人員 at each
of the sights景點 freeze凍結 light
110
291263
2657
每個地點的研究團隊
藉由蒐集數千兆兆字節的數據
05:05
by collecting蒐集 thousands數千
of terabytes兆兆字節 of data數據.
111
293944
2962
將光線「定格」。
05:08
This data數據 is then processed處理 in a lab實驗室
right here in Massachusetts馬薩諸塞.
112
296930
5017
麻薩諸塞州這裡的實驗室
接下來處理這些資料。
05:13
So how does this even work?
113
301971
1794
那麼,這些資料是如何運作的呢?
05:15
Remember記得 if we want to see the black黑色 hole
in the center中央 of our galaxy星系,
114
303789
3403
還記得嗎?如果我們想要
看清在銀河中間的黑洞,
05:19
we need to build建立 this impossibly不可能 large
Earth-sized地球大小 telescope望遠鏡?
115
307216
2982
我們就需要建造地球大小的
望遠鏡,這是不現實的。
05:22
For just a second第二,
let's pretend假裝 we could build建立
116
310222
2232
等一下,假設我們能夠建造
05:24
a telescope望遠鏡 the size尺寸 of the Earth地球.
117
312478
1842
地球般大小的望遠鏡。
05:26
This would be a little bit
like turning車削 the Earth地球
118
314344
2455
就有點像將地球
05:28
into a giant巨人 spinning紡織 disco迪斯科 ball.
119
316823
1747
想像成舞廳裡的迪斯可旋轉球。
05:30
Each individual個人 mirror鏡子 would collect蒐集 light
120
318594
2200
每一面鏡子會蒐集光線,
05:32
that we could then combine結合
together一起 to make a picture圖片.
121
320818
2597
然後我們能將這些
影像整合成一張圖片。
05:35
However然而, now let's say
we remove去掉 most of those mirrors鏡子
122
323439
2661
但是,現在讓我們
移除大多數的鏡子,
05:38
so only a few少數 remained保持.
123
326124
1972
只剩下少數幾個。
05:40
We could still try to combine結合
this information信息 together一起,
124
328120
2877
我們仍可試著整合這些資訊,
05:43
but now there are a lot of holes.
125
331021
1993
但是,現在只能看到很多「孔洞」。
05:45
These remaining其餘 mirrors鏡子 represent代表
the locations地點 where we have telescopes望遠鏡.
126
333038
4373
這些剩下的鏡子代表
那些有望遠鏡的地方。
05:49
This is an incredibly令人難以置信 small number
of measurements測量 to make a picture圖片 from.
127
337435
4079
測量數據少之又少,
甚至無法形成一張圖片。
05:53
But although雖然 we only collect蒐集 light
at a few少數 telescope望遠鏡 locations地點,
128
341538
3838
雖然我們只在少數
有望遠鏡的地方蒐集光線,
05:57
as the Earth地球 rotates旋轉, we get to see
other new measurements測量.
129
345400
3423
地球旋轉時,我們可以
獲得一些新的測量數據。
06:00
In other words, as the disco迪斯科 ball spins自旋,
those mirrors鏡子 change更改 locations地點
130
348847
3819
換句話說,就像迪斯可球旋轉時,
那些鏡子也會改變位置,
06:04
and we get to observe
different不同 parts部分 of the image圖片.
131
352690
2899
我們得以觀察不同面向的影像。
06:07
The imaging成像 algorithms算法 we develop發展
fill in the missing失踪 gaps空白 of the disco迪斯科 ball
132
355613
4018
我們所開發的成像算法填補了
「迪斯可球」的不可見縫隙,
06:11
in order訂購 to reconstruct重建
the underlying底層 black黑色 hole image圖片.
133
359655
3033
目的在重建黑洞的相片。
06:14
If we had telescopes望遠鏡 located位於
everywhere到處 on the globe地球 --
134
362712
2636
如果地球的每個地方都有望遠鏡,
06:17
in other words, the entire整個 disco迪斯科 ball --
135
365372
1941
也就是整個迪斯可球佈滿了鏡子,
06:19
this would be trivial不重要的.
136
367337
1284
這是最簡潔、理想的情況。
06:20
However然而, we only see a few少數 samples樣本,
and for that reason原因,
137
368645
3322
但是,我們只看得到
某些局部的成像,因此,
06:23
there are an infinite無窮 number
of possible可能 images圖片
138
371991
2388
有無數可能的相片
06:26
that are perfectly完美 consistent一貫
with our telescope望遠鏡 measurements測量.
139
374403
2964
可以與現有望遠鏡的
局部成像相吻合。
06:29
However然而, not all images圖片 are created創建 equal等於.
140
377391
3016
當然,並不是每一張「相片」的
優先級別都相同。
06:32
Some of those images圖片 look more like
what we think of as images圖片 than others其他.
141
380849
4458
有些相片比別的
更近似我們所想像的。
06:37
And so, my role角色 in helping幫助 to take
the first image圖片 of a black黑色 hole
142
385331
3222
因此,為了協助拍攝黑洞
第一張相片,我的任務就是
06:40
is to design設計 algorithms算法 that find
the most reasonable合理 image圖片
143
388577
2932
設計發現最合理影像的演算法,
06:43
that also fits適合 the telescope望遠鏡 measurements測量.
144
391533
2222
當然也必須符合望遠鏡的量測數據。
06:46
Just as a forensic法庭的 sketch草圖 artist藝術家
uses使用 limited有限 descriptions說明
145
394727
3942
就像法庭的素描家一樣,
利用有限的相貌描述以及
06:50
to piece together一起 a picture圖片 using運用
their knowledge知識 of face面對 structure結構體,
146
398693
3514
他們對於臉部結構的知識,
將表現相貌特點的圖片拼湊出來,
06:54
the imaging成像 algorithms算法 I develop發展
use our limited有限 telescope望遠鏡 data數據
147
402231
3315
我開發的影像演算法
使用有限的望遠鏡資料
06:57
to guide指南 us to a picture圖片 that also
looks容貌 like stuff東東 in our universe宇宙.
148
405570
4322
為我們生成這種影像:
類似於宇宙中的事物的影像。
07:01
Using運用 these algorithms算法,
we're able能夠 to piece together一起 pictures圖片
149
409916
3651
利用這些演算法,
讓我們能夠利用零零散散的資料
07:05
from this sparse, noisy嘈雜 data數據.
150
413591
2180
拼湊出黑洞可能的樣子。
07:07
So here I show顯示 a sample樣品 reconstruction重建
doneDONE using運用 simulated模擬 data數據,
151
415795
4529
在這裡,讓大家看一個利用模擬資料
重建的影像樣本,
07:12
when we pretend假裝 to point our telescopes望遠鏡
152
420348
1933
這是我們假設將望遠鏡指向
07:14
to the black黑色 hole
in the center中央 of our galaxy星系.
153
422305
2585
銀河系中心的黑洞時所得到的。
07:16
Although雖然 this is just a simulation模擬,
reconstruction重建 such這樣 as this give us hope希望
154
424914
4455
雖然這只是一個模擬,
但是這讓我們充滿了希望:
07:21
that we'll soon不久 be able能夠 to reliably可靠 take
the first image圖片 of a black黑色 hole
155
429393
3453
我們能夠仰賴這樣的模擬演算法,
很快地得到黑洞的第一張相片,
07:24
and from it, determine確定
the size尺寸 of its ring.
156
432870
2595
同時也能計算「光環」的大小。
07:28
Although雖然 I'd love to go on
about all the details細節 of this algorithm算法,
157
436118
3199
雖然我很樂意繼續說明
這個演算法的所有細節,
07:31
luckily for you, I don't have the time.
158
439341
2174
但由於時間不夠,所以
你們也不用費腦子聽了。
07:33
But I'd still like
to give you a brief簡要 idea理念
159
441539
2001
但是,我還是很樂意
跟大家做個簡短的說明:
07:35
of how we define確定
what our universe宇宙 looks容貌 like,
160
443564
2302
我們如何定義宇宙看起來像什麼?
07:37
and how we use this to reconstruct重建
and verify校驗 our results結果.
161
445890
4466
以及我們如何
利用這個演算法重建並驗證結果。
07:42
Since以來 there are an infinite無窮 number
of possible可能 images圖片
162
450380
2496
因為有無數可能的影像
07:44
that perfectly完美 explain說明
our telescope望遠鏡 measurements測量,
163
452900
2365
與地球上望遠鏡的量測完全符合,
07:47
we have to choose選擇
between之間 them in some way.
164
455289
2605
我們必須在它們之間
找個方法進行挑選。
07:49
We do this by ranking排行 the images圖片
165
457918
1838
我們對影像進行打分,
07:51
based基於 upon how likely容易 they are
to be the black黑色 hole image圖片,
166
459780
2834
打分的根據是:看起來有多像黑洞,
07:54
and then choosing選擇 the one
that's most likely容易.
167
462638
2482
然後選擇最像的影像。
07:57
So what do I mean by this exactly究竟?
168
465144
2195
那麼,這到底是什麼意思呢?
07:59
Let's say we were trying to make a model模型
169
467862
1978
假設我們試著建立一個模型,
08:01
that told us how likely容易 an image圖片
were to appear出現 on FacebookFacebook的.
170
469864
3183
它告訴我們這個影像在
Facebook 上出現的可能性。
08:05
We'd星期三 probably大概 want the model模型 to say
171
473071
1701
我們希望這個模型會這樣判斷:
08:06
it's pretty漂亮 unlikely不會 that someone有人
would post崗位 this noise噪聲 image圖片 on the left,
172
474796
3557
大家應該不太可能會上傳
像左邊這張亂亂的圖,
08:10
and pretty漂亮 likely容易 that someone有人
would post崗位 a selfie自拍
173
478377
2419
而比較可能會上傳自拍照,
08:12
like this one on the right.
174
480820
1334
像右邊這張。
08:14
The image圖片 in the middle中間 is blurry模糊,
175
482178
1639
中間這張圖像片是模糊的,
08:15
so even though雖然 it's more likely容易
we'd星期三 see it on FacebookFacebook的
176
483841
2639
即使模糊,和亂亂的圖像比較的話,
我們還是很有可能
08:18
compared相比 to the noise噪聲 image圖片,
177
486504
1360
在 Facebook 上看到,
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
只不過不如自拍照那樣常見。
08:22
But when it comes to images圖片
from the black黑色 hole,
179
490872
2290
但是,如果是黑洞的影像,
08:25
we're posed構成 with a real真實 conundrum難題:
we've我們已經 never seen看到 a black黑色 hole before.
180
493186
3502
我們遇到一個真正的難題:
我們從來沒見過黑洞的樣子。
08:28
In that case案件, what is a likely容易
black黑色 hole image圖片,
181
496712
2291
在這種情況下,
黑洞可能的影像是什麼?
08:31
and what should we assume承擔
about the structure結構體 of black黑色 holes?
182
499027
2938
我們應該假設黑洞的結構是什麼?
08:33
We could try to use images圖片
from simulations模擬 we've我們已經 doneDONE,
183
501989
2632
我們可能會試著使用
之前生成的模擬結果,
08:36
like the image圖片 of the black黑色 hole
from "Interstellar星際,"
184
504645
2530
像「星際效應」裡的黑洞影像,
08:39
but if we did this,
it could cause原因 some serious嚴重 problems問題.
185
507199
2938
但是,如果這樣做的話,
可能會造成一些嚴重的問題。
08:42
What would happen發生
if Einstein's愛因斯坦 theories理論 didn't hold保持?
186
510161
3380
如果愛因斯坦的理論不適用的話,
會發生什麼事?
08:45
We'd星期三 still want to reconstruct重建
an accurate準確 picture圖片 of what was going on.
187
513565
3961
我們還是想要重建
一個準確的圖像。
08:49
If we bake Einstein's愛因斯坦 equations方程
too much into our algorithms算法,
188
517550
3371
如果將太多愛因斯坦的方程式
融入我們的演算法中,
08:52
we'll just end結束 up seeing眼看
what we expect期望 to see.
189
520945
2755
最後只會得到我們期望的結果,
而不一定是事實。
08:55
In other words,
we want to leave離開 the option選項 open打開
190
523724
2276
換句話說,我們不能
貿然確定實際情況如何,
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
因為銀河系中央有一隻巨象。
09:00
(Laughter笑聲)
192
528971
1057
(笑聲)
09:02
Different不同 types類型 of images圖片 have
very distinct不同 features特徵.
193
530052
2989
不同類型的影像有著
各自非常顯著的特徵。
09:05
We can easily容易 tell the difference區別
between之間 black黑色 hole simulation模擬 images圖片
194
533065
3548
我們可以很容易地區分
黑洞模擬影像
09:08
and images圖片 we take
every一切 day here on Earth地球.
195
536637
2276
以及我們在地球上日常生活中的照片。
09:10
We need a way to tell our algorithms算法
what images圖片 look like
196
538937
3104
我們需要一種方法來告訴演算法
影像看起來像什麼,
09:14
without imposing威風 one type類型
of image's圖片 features特徵 too much.
197
542065
3249
而不是去強加特定一種影像的特徵給它。
09:17
One way we can try to get around this
198
545865
1893
我們可以用一個方法
試著解決這個問題:
09:19
is by imposing威風 the features特徵
of different不同 kinds of images圖片
199
547782
3062
通過導入不同類型影像的特徵
讓演算法重建影像,
09:22
and seeing眼看 how the type類型 of image圖片 we assume承擔
affects影響 our reconstructions重建.
200
550868
4130
然後觀察預先假設的影像類型
如何影響我們重建的影像。
09:27
If all images'圖片' types類型 produce生產
a very similar-looking類似的前瞻性 image圖片,
201
555712
3491
如果所有不同類型的影像特徵
產生的結果都很類似,
09:31
then we can start開始 to become成為 more confident信心
202
559227
2057
那麼我們可以充滿信心地說:
09:33
that the image圖片 assumptions假設 we're making製造
are not biasing偏置 this picture圖片 that much.
203
561308
4173
對於這個影像所做的假設
沒有與事實偏差太多。
09:37
This is a little bit like
giving the same相同 description描述
204
565505
2990
這有點像是將相同的相貌描述
09:40
to three different不同 sketch草圖 artists藝術家
from all around the world世界.
205
568519
2996
提供給三個來自世界各地不同的素描家,
09:43
If they all produce生產
a very similar-looking類似的前瞻性 face面對,
206
571539
2860
如果他們都畫出很相像的臉,
09:46
then we can start開始 to become成為 confident信心
207
574423
1793
那麼我們可以充滿信心地說:
09:48
that they're not imposing威風 their own擁有
cultural文化 biases偏見 on the drawings圖紙.
208
576240
3616
他們的作品沒有受到
本人的文化偏見的影響。
09:51
One way we can try to impose強加
different不同 image圖片 features特徵
209
579880
3315
我們導入不同類型影像
的特徵的一個方法
09:55
is by using運用 pieces of existing現有 images圖片.
210
583219
2441
就是藉由現存的影像去拼湊。
09:58
So we take a large collection採集 of images圖片,
211
586214
2160
所以我們要蒐集大量的影像,
10:00
and we break打破 them down
into their little image圖片 patches補丁.
212
588398
2718
然後將它們分解成許多碎片。
10:03
We then can treat對待 each image圖片 patch補丁
a little bit like pieces of a puzzle難題.
213
591140
4285
之後我們可以把這些碎片
當作拼圖的碎片。
10:07
And we use commonly常用 seen看到 puzzle難題 pieces
to piece together一起 an image圖片
214
595449
4278
我們使用常見的「碎片」拼湊成圖片,
10:11
that also fits適合 our telescope望遠鏡 measurements測量.
215
599751
2452
這張圖片當然也要
符合望遠鏡的量測數據。
10:15
Different不同 types類型 of images圖片 have
very distinctive獨特 sets of puzzle難題 pieces.
216
603040
3743
不同類型的影像有其獨特的拼圖碎片。
10:18
So what happens發生 when we take the same相同 data數據
217
606807
2806
所以,當我們利用相同的數據資料
10:21
but we use different不同 sets of puzzle難題 pieces
to reconstruct重建 the image圖片?
218
609637
4130
卻使用不同類型的拼圖碎片
來重建這個影像,會發生什麼事?
10:25
Let's first start開始 with black黑色 hole
image圖片 simulation模擬 puzzle難題 pieces.
219
613791
4766
讓我們先從黑洞模擬
圖像的拼圖碎片開始。
10:30
OK, this looks容貌 reasonable合理.
220
618581
1591
好的,這看起來很合理。
10:32
This looks容貌 like what we expect期望
a black黑色 hole to look like.
221
620196
2694
這看起來像我們
所期待的黑洞的樣子。
10:34
But did we just get it
222
622914
1193
但是,僅僅是導入了
一些些黑洞模擬影像的碎片,
10:36
because we just fed美聯儲 it little pieces
of black黑色 hole simulation模擬 images圖片?
223
624131
3314
我們就得出了結果嗎?
10:39
Let's try another另一個 set of puzzle難題 pieces
224
627469
1880
讓我們來試試另一組拼圖,
10:41
from astronomical天文, non-black非黑 hole objects對象.
225
629373
2509
這些是天文學影像的拼圖,不是黑洞的。
10:44
OK, we get a similar-looking類似的前瞻性 image圖片.
226
632914
2126
沒錯,我們得到一個類似的影像。
10:47
And then how about pieces
from everyday每天 images圖片,
227
635064
2236
那麼如果是日常生活的影像呢?
10:49
like the images圖片 you take
with your own擁有 personal個人 camera相機?
228
637324
2785
就像用相機所照的照片一樣?
10:53
Great, we see the same相同 image圖片.
229
641312
2115
很好,我們得到相同的影像。
10:55
When we get the same相同 image圖片
from all different不同 sets of puzzle難題 pieces,
230
643451
3366
當我們從不同類型的拼圖
得到相同的影像,
10:58
then we can start開始 to become成為 more confident信心
231
646841
2046
我們更有信心了,
11:00
that the image圖片 assumptions假設 we're making製造
232
648911
1966
我們所假定的影像
11:02
aren't biasing偏置 the final最後
image圖片 we get too much.
233
650901
2921
和我們最後得到的影像
並沒有差距太多。
11:05
Another另一個 thing we can do is take
the same相同 set of puzzle難題 pieces,
234
653846
3253
我們可以做的另一件事
就是使用同一組拼圖,
11:09
such這樣 as the ones那些 derived派生
from everyday每天 images圖片,
235
657123
2489
比如日常生活中的影像碎片,
11:11
and use them to reconstruct重建
many許多 different不同 kinds of source資源 images圖片.
236
659636
3600
並利用它們來重組
各種不同素材來源的影像。
11:15
So in our simulations模擬,
237
663260
1271
那麼,在模擬實驗當中,
11:16
we pretend假裝 a black黑色 hole looks容貌 like
astronomical天文 non-black非黑 hole objects對象,
238
664555
3775
我們假設黑洞看起來就像是
天文學裡那些非黑洞的物體,
11:20
as well as everyday每天 images圖片 like
the elephant in the center中央 of our galaxy星系.
239
668354
3849
或者又把它看成「銀河系中央的大象」
這樣的日常生活影像。
11:24
When the results結果 of our algorithms算法
on the bottom底部 look very similar類似
240
672227
3168
我們下方的演算結果
11:27
to the simulation's模擬的 truth真相 image圖片 on top最佳,
241
675419
2096
和上方的模擬實驗中的真實影像很相像,
11:29
then we can start開始 to become成為
more confident信心 in our algorithms算法.
242
677539
3346
我們就可以對我們的演算法更有信心。
11:32
And I really want to emphasize注重 here
243
680909
1867
我真的想要強調這一點:
11:34
that all of these pictures圖片 were created創建
244
682800
1934
這些所有的圖片都是
11:36
by piecing接頭 together一起 little pieces
of everyday每天 photographs照片,
245
684758
2936
由日常生活照片的碎片
拼湊出來的,
11:39
like you'd take with your own擁有
personal個人 camera相機.
246
687718
2215
就是那種用私人相機照出來的照片。
11:41
So an image圖片 of a black黑色 hole
we've我們已經 never seen看到 before
247
689957
3276
我們之前從沒看過黑洞的相片,
11:45
may可能 eventually終於 be created創建 by piecing接頭
together一起 pictures圖片 we see all the time
248
693257
3943
但最後黑洞的相片也許是由我們
常常看到的日常生活照片拼湊出來的:
11:49
of people, buildings房屋,
trees樹木, cats and dogs小狗.
249
697224
2745
人像、建築物、樹木、貓、狗等等。
11:51
Imaging成像 ideas思路 like this
will make it possible可能 for us
250
699993
2645
這些成像方法讓我們能夠
11:54
to take our very first pictures圖片
of a black黑色 hole,
251
702662
2619
拍攝出黑洞的第一張相片,
11:57
and hopefully希望, verify校驗
those famous著名 theories理論
252
705305
2447
我們同時也希望
能夠驗證那些著名的理論,
11:59
on which哪一個 scientists科學家們 rely依靠 on a daily日常 basis基礎.
253
707776
2421
那些科學家平常所依賴的理論。
12:02
But of course課程, getting得到
imaging成像 ideas思路 like this working加工
254
710221
2608
當然,提出這些成像的方法與理論,
12:04
would never have been possible可能
without the amazing驚人 team球隊 of researchers研究人員
255
712853
3322
沒有一個驚人的研究團隊
是不可能達到這種成果的,
12:08
that I have the privilege特權 to work with.
256
716199
1887
我很榮幸身為這個團隊的一員。
12:10
It still amazes驚訝 me
257
718110
1163
我對這件事感到驚異:
12:11
that although雖然 I began開始 this project項目
with no background背景 in astrophysics天體物理學,
258
719297
3351
雖然我沒有任何天文物理的背景
而加入這個專案,
12:14
what we have achieved實現
through通過 this unique獨特 collaboration合作
259
722672
2619
我們透過這獨特的合作所得到的,
12:17
could result結果 in the very first
images圖片 of a black黑色 hole.
260
725315
2759
能夠獲得第一張黑洞的相片。
12:20
But big projects項目 like
the Event事件 Horizon地平線 Telescope望遠鏡
261
728098
2698
但是像「事件視界望遠鏡」
這樣的大專案,
12:22
are successful成功 due應有 to all
the interdisciplinary跨學科 expertise專門知識
262
730820
2814
多虧有跨學科領域的專業知識而成功,
12:25
different不同 people bring帶來 to the table.
263
733658
1790
不同的專家共同合作着。
12:27
We're a melting融化 pot of astronomers天文學家,
264
735472
1706
我們像是個熔爐,集結了天文學家、
12:29
physicists物理學家, mathematicians數學家 and engineers工程師.
265
737202
2232
物理學家、數學家和工程師。
12:31
This is what will make it soon不久 possible可能
266
739458
2554
這就是我們讓不可思議的事情
12:34
to achieve實現 something
once一旦 thought impossible不可能.
267
742036
2853
快速實現的原因。
12:36
I'd like to encourage鼓勵 all of you to go out
268
744913
2256
我很想鼓勵大家
12:39
and help push the boundaries邊界 of science科學,
269
747193
2096
去協助推動科學的前沿,
12:41
even if it may可能 at first seem似乎
as mysterious神秘 to you as a black黑色 hole.
270
749313
3901
即使第一步可能像黑洞那樣神秘。
12:45
Thank you.
271
753238
1174
謝謝大家。
12:46
(Applause掌聲)
272
754436
2397
(掌聲)
Translated by Debra Liu
Reviewed by Wilde Luo

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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