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没有她,全人类今天就看不见黑洞了!

转载作者: 美爆了的小七
没有她,全人类今天就看不见黑洞了!
摘要自爱因斯坦第一次发表了广义相对论学说后,科学家们为了看清这个“幽灵般的”黑洞,已经进行了长达100年的艰难跋涉。

今天一早醒来

全人类都被5500万光年外的第一张

黑洞图片刷屏了

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自爱因斯坦第一次发表了广义相对论学说后,科学家们为了看清这个“幽灵般的”黑洞,已经进行了长达100年的艰难跋涉。

就在大家伙感谢参与该项目的200位科学家时与放置在地球不同部位的8台望远镜全力协作时,可能忽略了一个重要问题:

这8台望远镜记录下来的影像数据,是怎样合成出最终图片的呢?

难道就像手机拍摄全景照片那样将首尾连接在一起吗?

如果事情真的这么容易

科学家们又岂会用了两年!等到今天!

原来,数据合成最终图片

凭借的是一种全新算法

而此时,解救全人类的

我们聪慧的女英雄Katie Bouman

就要闪亮登场了

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Katie Bouman,一位来自美国印第安纳州的漂亮姑娘,如果说女博士后往往在学术的海洋里一路走到黑的话...那Bouman与其他女博士后不同的地方在于:她已经走到了全宇宙最黑的地方...

黑洞

在密西根大学读完电子工程后,Bouman又在麻省理工学习计算机科学及AI并拿到博士学位。她的硕士论文《通过运动观察推测物体属性》荣获过麻省理工学院最牛逼的Ernst Guillemin Awards最佳论文奖。随后,她参与了哈佛大学的EHT项目攻读博士后,妥妥的美女学霸一枚!

也是在那时开始,她接触到了只存在于传说中的,黑洞...

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Katie Bouman和她的硬盘们

虽然她并不是什么天文学家,也不能算科学家,但正是她开发的一种既可以找到最合理图像,又能使图像符合望远镜所测量到的信息算法,成为了让全人类一睹黑洞真容的关键所在!

先来给大家解释解释

为啥合成最终图片还需要“算术公式”呢

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设想一下,如果我们远离城市的灯光,透过漫天的繁星也许很有幸可以看到银河系那令人震撼的美景。而如果可以穿过百万星辰,将镜头放大到2.6万光年以外的银河系中心,我们就能抵达银河系中央的一群恒星。

天文学家们已经穿过星尘,使用红外望远镜观察了这些恒星整整16年。但是天文学家们所看不到的东西才是最为壮观的。这些恒星似乎是在围绕一个体积足够小,而质量又大到能导致恒星们如此运动的物体旋转,而这个物体就正是超级黑洞。

它的密度极高,高到能吸进周围所有东西,甚至光!

那么,如果再继续放大下去,又会发生什么?是不是就可能看见一些,理论上不可能看到的东西呢?

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接着问题就来了,这个黑洞离我们太遥远了,遥远到从地球上看大概就和看月球上的一个橘子一样。

而由于衍射现象,当想要看到的东西越来越小时,望远镜需要变得更大。但即使是地球上功能最强大的光学望远镜,其分辨率甚至不足以让我们得到月球表面的图片,又何况是月球上的橘子?

那么想要拍出月球上的橘子或者黑洞

得需要多大得望远镜呢

答案是整个地球那么大

很显然造个宇宙超级无敌大的望远镜是不可能的

于是乎名为“视界线望远镜”的国际合作项目

诞生了

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用最简单的话说,这个由无数小望远镜构成的网络,其最重要的作用就是收集数据和信息。

重点来了,而Bouman开发的图片算法,就是使用这些有限的数据,来生成一张最接近黑洞样子的图片。

所以,并不是八台照相机同时拍了八张照片,然后用PS或者美图秀秀合成一张。

理论说起来虽然容易,但由于黑洞的距离实在是太远、太远、太太远,再大的望远镜最多也只能拍摄到黑洞极度模糊的一丁点儿“影子”。

所以,在信息收集上来后,必须有最先进的算法来分辨哪些信息属于黑洞,哪些接近黑洞,哪些又与黑洞完全无关。

可是谁也没有见过黑洞

又如何来教系统去分辨这些信息呢

这靠的就是所谓的“算法”了

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Bouman在TED演讲,解释黑洞是如何“拍出来”的

Bouman采用了多种算法共同计算,最后发现,无论是拿宇宙中捕捉到的画面,还是我们地球人每天拿自己的相机拍的照片,只要通过这个“算法”把无数的图片拼在一起,都能得出一样的图片。

换句话说就是:“一张我们从未见过的黑洞的照片,最终甚至可以由我们日常熟悉的图片,比如人,楼房,树,小猫,小狗就可以构成”-- by Bouman

有了这个基础,200多名的科学家团队便开始运用“地球望远镜”收集了数百万GB的数据,然后再通过Bouman的“算术”开始给黑洞进行拼图。

就这样有史以来第一张

并非拍出来

而是“算出来”的黑洞图片诞生了

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用Bouman的话说:像视界线望远镜这样大项目的成功是由一个集合了天文学家,物理学家,数学家和工程学家构成的大熔炉,一起努力创造才能达到的结果。

科学的边际在不断的向外延申,很多不解之谜也许刚开始看起来也如黑洞一样神秘,但正是有了Bouman这样平凡但又伟大的人才让一切的不可能成了可能。

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人类第一张黑洞照片(图一)根据爱因斯坦广义相对论用计算机模拟出的照片(图二),如果将这张模拟出的图片分辨率调低到所拍照片的的水平,那就是(图三),两者惊人的相似。

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只能说,爱因斯坦是上帝送给全人类的礼物!


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