Як зробити знімок чорної діри
-
0:01 - 0:03У фільмі "Інтерстеллар"
-
0:03 - 0:07ми можемо зблизька розгледіти
надмасивну чорну діру. -
0:07 - 0:09На фоні яскравого газу
-
0:09 - 0:11потужна гравітація
чорної діри -
0:11 - 0:12згинає світло у кільце.
-
0:12 - 0:15Але це не справжня фотографія,
-
0:15 - 0:16а лише комп'ютерна графіка:
-
0:16 - 0:20художнє осмислення того,
як могла б виглядати чорна діра. -
0:20 - 0:22Сотню років тому
-
0:22 - 0:25Альберт Ейнштейн вперше опублікував
свою загальну теорію відносності. -
0:25 - 0:27З того часу
-
0:27 - 0:30науковці надали чимало доказів
на її користь. -
0:30 - 0:33Але спрогнозований нею об'єкт,
чорну діру, -
0:33 - 0:35досі не вдалося безпосередньо побачити.
-
0:35 - 0:38Хоча ми і маємо припущення,
як саме має виглядати чорна діра, -
0:38 - 0:41її ще ні разу
не вдалося сфотографувати. -
0:41 - 0:45Мабуть, ви здивуєтеся, але можливо,
це скоро зміниться. -
0:45 - 0:50Можливо, що перше фото чорної діри
можна буде побачити вже за кілька років. -
0:50 - 0:54Отримання першого зображення залежатиме
від міжнародної команди науковців, -
0:54 - 0:55телескопу розміром із Землю,
-
0:55 - 0:58та алгоритму, що згенерує
фінальне фото. -
0:58 - 1:02Хоча я і не зможу показати вам
справжнє фото чорної діри сьогодні, -
1:02 - 1:04я все ж хотіла б побіжно розповісти вам
-
1:04 - 1:07про ті зусилля, котрі необхідні,
аби дістати це перше зображення. -
1:07 - 1:09Мене звати Кеті Боуман,
-
1:09 - 1:11і я - аспірантка у
Массачусетському технологічному інституті. -
1:11 - 1:14Я проводжу дослідження у
комп'ютерній лабораторії, -
1:14 - 1:17котра займається комп'ютерним аналізом
зображень та відео. -
1:17 - 1:19І хоч я і не астроном,
-
1:19 - 1:20сьогодні я хочу показати,
-
1:20 - 1:23як саме я змогла допомогти
цьому захопливому проекту. -
1:23 - 1:26Якщо ви вночі поїдете
подалі від яскравих вогнів міста, -
1:26 - 1:29то, можливо, вам пощастить побачити
вражаючий краєвид -
1:29 - 1:30галактики Чумацький Шлях.
-
1:30 - 1:33І якби ви могли промайнути
повз мільйони зірок -
1:33 - 1:36на 26 тисяч світлових років
у саме серце нашої спіральної галактики, -
1:36 - 1:40ви дісталися б скупчення зірок
у самісінькому центрі. -
1:40 - 1:43Прозираючи крізь космічний пил
за допомогою інфрачервоних телескопів, -
1:43 - 1:47астрономи спостерігали за цими зірками
більше 16 років. -
1:47 - 1:51Але найбільш захопливим є саме те,
чого вони побачити не можуть. -
1:51 - 1:54Здається, що зорі кружляють довкола
невидимого об'єкта. -
1:54 - 1:56Відслідковуючи траєкторії цих зірок,
-
1:56 - 1:57астрономи дійшли висновку,
-
1:57 - 2:01що єдина річ настільки мала
і важка, аби спричинити цей рух, - -
2:01 - 2:03це надмасивна чорна діра:
-
2:03 - 2:07об'єкт такої густини, що всмоктує все,
що наважиться наблизитися до нього. -
2:07 - 2:08Навіть світло.
-
2:08 - 2:11Але що буде, якщо наблизитися
ще більше? -
2:11 - 2:16Чи можна побачити те, що, по суті,
побачити неможливо? -
2:17 - 2:20Виявляться, що при близькому розгляді
у діапазоні радіочастот -
2:20 - 2:22ми, скоріш за все, побачили б
кільце світла -
2:22 - 2:24спричинене гравітаційним лінзуванням
гарячої плазми, -
2:24 - 2:26котра ущільнюється довкола чорної діри.
-
2:26 - 2:27Іншими словами,
-
2:27 - 2:30чорна діра відкидає тінь
на фон із яскравої матерії, -
2:30 - 2:32утворюючи сферу із темряви.
-
2:32 - 2:36Це яскраве кільце показує
горизонт подій чорної діри: -
2:36 - 2:38місце, де гравітація стає
настільки сильною, -
2:38 - 2:40що навіть світло не має шансу вирватися.
-
2:40 - 2:43Рівняння Ейнштейна передбачають розмір
та форму цього кільця. -
2:43 - 2:46Тож його фотографія буде не лише
дуже крутою штукою, -
2:46 - 2:48а й допоможе підтвердити, що ці рівняння
мають силу -
2:48 - 2:51і у надзвичайних умовах
довкола чорної діри. -
2:51 - 2:53Однак ця чорна діра настільки
далеко від нас, -
2:53 - 2:57що з Землі це кільце здаватиметься
неймовірно маленьким - -
2:57 - 3:00такого ж розміру для нас, як і апельсин
на поверхні місяця. -
3:01 - 3:04Це робить процес фотографії
надзвичайно складним. -
3:05 - 3:06Чому ж так?
-
3:07 - 3:10Все зводиться до простого рівняння.
-
3:10 - 3:12Через явище, що зветься дифракція,
-
3:12 - 3:14існують фізичні обмеження
-
3:14 - 3:16щодо граничного розміру об'єкта,
котрий ми можемо побачити. -
3:17 - 3:20Згідно основного рівняння, аби бачити
все менші і менші об'єкти, -
3:20 - 3:23нам треба будувати телескопи все
більшими і більшими. -
3:23 - 3:26Але навіть із найпотужнішими оптичними
телескопами на Землі -
3:26 - 3:29ми не наблизимося до
роздільної здатності, необхідної -
3:29 - 3:31для знімка поверхні Місяця.
-
3:31 - 3:33До слова, ось фото
з найбільш детальнім зображенням -
3:33 - 3:36поверхні Місяця, котре колись
було зроблено з Землі. -
3:36 - 3:38На ньому приблизно 13 000 пікселів
-
3:38 - 3:43а у кожному пікселі умістилися б
1,5 мільйони апельсинів. -
3:43 - 3:45Тож наскільки великий потрібен телескоп,
-
3:45 - 3:48аби побачити апельсин на поверхні Місяця,
-
3:48 - 3:50і, відповідно, нашу чорну діру?
-
3:50 - 3:53Виявляться, що виконавши деякі розрахунки,
-
3:53 - 3:55можна легко визначити, що телескоп
має бути -
3:55 - 3:56розміром із Землю.
-
3:56 - 3:57(Сміх)
-
3:57 - 4:00Якби нам вдалося збудувати
цей планетарний телескоп, -
4:00 - 4:03ми змогли б лише трохи розгледіти
це специфічне кільце світла, -
4:03 - 4:05що окреслює горизонт подій
чорної діри. -
4:05 - 4:08І хоча на цьому фото не буде
усіх тих деталей, -
4:08 - 4:10котрі ми бачимо на
комп'ютерних малюнках, -
4:10 - 4:12воно точно дозволить нам
вперше розгледіти -
4:12 - 4:14навколишнє середовище
чорної діри. -
4:14 - 4:16Проте, як можна собі уявити,
-
4:16 - 4:20створити телескоп із єдиною антеною
розміром із Землю просто неможливо. -
4:20 - 4:21Але цитуючи відомі слова Міка Джаггера:
-
4:21 - 4:23"Ти не завжди можеш отримати те,
чого хочеш, -
4:23 - 4:26але якщо постаратися одного разу
зрозумієш, -
4:26 - 4:28що ти отримуєш те,
що тобі потрібно." -
4:28 - 4:29З'єднуючи телескопи
по всьому світу, -
4:29 - 4:33спільний міжнародний проект
під назвою Event Horizon Telescope -
4:33 - 4:36створює комп'ютерний телескоп
розміром із Землю, -
4:36 - 4:38котрий має роздільну здатність,
-
4:38 - 4:40що відповідає масштабам
горизонту подій чорної діри. -
4:40 - 4:43Планується, що ця мережа телескопів
може зробити перше фото -
4:43 - 4:45чорної діри наступного року.
-
4:45 - 4:49Кожен телескоп у всесвітній мережі
працює разом із іншими. -
4:49 - 4:51Зв'язні за точним часом
атомних годинників, -
4:51 - 4:54групи дослідників у своїх діапазонах
фіксують світло, -
4:54 - 4:57збираючи тисячі терабайт даних.
-
4:57 - 5:02Опісля ці дані аналізуються у лабораторії
тут, у Массачусетсі. -
5:02 - 5:04Тож як це взагалі працює?
-
5:04 - 5:07Пам'ятаєте: аби побачити чорну діру
в центрі нашої галактики, -
5:07 - 5:10потрібно збудувати велетенський
телескоп розміром із Землю? -
5:10 - 5:12Давайте на хвилинку уявимо,
що ми справді можемо -
5:12 - 5:14збудувати такий планетарний телескоп.
-
5:14 - 5:17Це буде ніби як перетворити Землю
-
5:17 - 5:19на величезну дискокулю.
-
5:19 - 5:21Кожне окреме дзеркальце
збиратиме світло, -
5:21 - 5:23котре потім можна буде поєднати разом,
аби зробити фото. -
5:23 - 5:26Але, що буде, якщо ми приберемо
більшість дзеркал -
5:26 - 5:28і залишимо лише кілька з них?
-
5:28 - 5:31Ми все одно можемо спробувати
поєднати отриману інформацію, -
5:31 - 5:33але тепер у нас буде багато прогалин.
-
5:33 - 5:37Дзеркала, котрі залишилися - це
місця, де знаходяться телескопи. -
5:37 - 5:42Це вкрай мала кількість даних
для фото. -
5:42 - 5:45І хоча ми збираємо світло,
використовуючи лише кілька телескопів, -
5:45 - 5:49Земля обертаєтеся, що дає нам можливість
отримувати нові дані. -
5:49 - 5:53Іншими словами, коли диско-куля
обертається, дзеркала змінюють положення -
5:53 - 5:56і ми можемо спостерігати різні частини
одного зображення. -
5:56 - 6:00Алгоритми візуалізації, над котрими
ми працюємо, заповнюють прогалини на кулі, -
6:00 - 6:03аби відтворити базове зображення
чорної діри. -
6:03 - 6:05Якби телескопи були розміщені
по усій планеті - -
6:05 - 6:07тобто вкривали всю диско-кулю -
-
6:07 - 6:09то це було б надто просто.
-
6:09 - 6:12Однак у нас є лише кілька фрагментів,
і саме тому -
6:12 - 6:14існує нескінченна кількість
можливих зображень -
6:14 - 6:17котрі відповідають даним,
що зібрав наш телескоп. -
6:17 - 6:20Але не усі зображення однакові.
-
6:21 - 6:25Деякі з них більше схожі на
фото у нашому розумінні, ніж інші. -
6:25 - 6:28І тому моя частина роботи над отриманням
зображення чорної діри -
6:28 - 6:32полягає у розробці алгоритмів, котрі
знаходять потрібні знімки, -
6:32 - 6:34що також відповідають даним з телескопів.
-
6:35 - 6:39Наче художник-криміналіст, котрий
працює із обмеженою кількістю відомостей -
6:39 - 6:42для відтворення образу, застосовуючи
власні знання про будову обличчя, -
6:42 - 6:46алгоритми візуалізації, котрі я розробляю,
використовують обмежені дані з телескопів, -
6:46 - 6:50аби вказати на зображення, котре
виглядатиме як щось із цього всесвіту. -
6:50 - 6:54Використовуючи ці алгоритми,
ми можемо скласти зображення -
6:54 - 6:56із цих мізерних і нечітких
шматочків інформації. -
6:56 - 6:59Отже, зараз я демонструю зразок
реконструкції із використанням -
6:59 - 7:02імітованих даних: ніби ми насправді
спрямували наш телескоп -
7:02 - 7:05на чорну діру в центрі галактики.
-
7:05 - 7:09Хоч це і симуляція, подібна реконструкція
дає надію на те, -
7:09 - 7:13що нам, вірогідно, невдовзі вдасться
зробити перший знімок чорної діри -
7:13 - 7:15і на його основі визначити розміри кільця.
-
7:16 - 7:19І хоча я із задоволенням розповіла б
вам про усі деталі алгоритму, -
7:19 - 7:22у мене, на щастя для вас,
не вистачить на це часу. -
7:22 - 7:24Але я хочу дати вам
загальне уявлення про те, -
7:24 - 7:26яким чином ми визначаємо
як саме виглядає наш всесвіт, -
7:26 - 7:30і як ми це використовуємо для відтворення
та підтвердження результатів. -
7:30 - 7:33Оскільки існує нескінченна кількість
можливих зображень, -
7:33 - 7:35котрі ідеально описують
дані з наших телескопів, -
7:35 - 7:38нам якось треба їх сортувати.
-
7:38 - 7:40Ми робимо це, оцінюючи можливість того,
-
7:40 - 7:43що саме ЦЕ зображення - фото чорної діри,
-
7:43 - 7:45і потім обираємо найбільш вірогідні.
-
7:45 - 7:47Що саме я маю на увазі?
-
7:48 - 7:50Скажімо, ми намагалися створити модель,
-
7:50 - 7:53котра говорила б нам про вірогідність
публікації якогось фото на Facebook. -
7:53 - 7:55Хотілося б, щоб ця модель могла визначити,
-
7:55 - 7:58що скоріш за все ніхто не завантажить
фото із шумом як зліва, -
7:58 - 8:01а із більшою вірогідністю опублікує селфі,
-
8:01 - 8:02як ось це справа.
-
8:02 - 8:04Зображення посередині розмите,
-
8:04 - 8:07і хоча ми б із більшою вірогідністю
побачили його на Facebook -
8:07 - 8:08у порівнянні із зображенням шуму,
-
8:08 - 8:11ми навряд, чи зустріли б його,
якщо порівнювати із селфі. -
8:11 - 8:13Але говорячи про знімки
чорної діри, -
8:13 - 8:17виникає справжня загадка:
ми ніколи раніше її не бачили. -
8:17 - 8:19У цьому випадку, яким має бути
зображення чорної діри -
8:19 - 8:21і які припущення можна зробити
щодо її структури? -
8:21 - 8:25Можна, звичайно, використати зображення
симуляцій, котрі ми робили, -
8:25 - 8:27як фото чорної діри
у фільмі "Інтерстеллар". -
8:27 - 8:30Але якщо це зробити, то
виникне ряд проблем. -
8:30 - 8:34Що буде, якщо теорії
Ейнштейна не спрацюють? -
8:34 - 8:38Нам все ж хочеться відтворити достовірне
зображення того, що відбувається. -
8:38 - 8:41Якщо у наших алгоритмах ми надто
покладатимемося на рівняння Ейнштейна -
8:41 - 8:44то в результаті побачимо те,
що хочемо побачити. -
8:44 - 8:46Іншими словами, ми не хочемо
виключати того, -
8:46 - 8:49що у центрі нашої галактики може
знаходитися величезний слон. -
8:49 - 8:50(Сміх)
-
8:50 - 8:53Різні типи зображень мають
досить вирізні характеристики. -
8:53 - 8:56Ми легко відрізнимо зображення
симуляції чорної діри -
8:56 - 8:59від фото, які ми кожного дня
робимо тут, на Землі. -
8:59 - 9:02Нам треба вигадати спосіб вписати в
алгоритми як саме вигадають ці світлини, -
9:02 - 9:05не надто концентруючи увагу на якомусь
конкретному типі зображення. -
9:06 - 9:08Одним із способів вирішення проблеми
-
9:08 - 9:11є введення характеристик
різних типів зображень -
9:11 - 9:15і спостереження за тим, як це впливає
на відтворюванні знімки. -
9:16 - 9:19Якщо усі типи зображень
спродукають дуже схожі знімки, -
9:19 - 9:21то можна потроху впевнюватися у тому,
-
9:21 - 9:25що наші припущення щодо зображення,
не надто впливають на кінцевий результат. -
9:26 - 9:28Це ніби як дати
однаковий опис -
9:29 - 9:32трьом різним художникам
з різних країн. -
9:32 - 9:34Якщо вони намалюють
дуже схожі портрети, -
9:34 - 9:36тоді можна із впевненістю припустити,
-
9:36 - 9:40що їх культурні упередження
не впливають на вихідний малюнок. -
9:40 - 9:43Одним зі шляхів застосування
різних характеристик зображень -
9:43 - 9:46є використання вже існуючих світлин.
-
9:46 - 9:48Ми беремо велику вибірку зображень
-
9:48 - 9:51і ріжемо кожне з них
на невеличкі шматочки. -
9:51 - 9:55Кожний таких шматочок можна
назвати частиною пазлу. -
9:55 - 9:59Далі ми використовуємо шматочки, які
зустрічаються найчастіше, -
9:59 - 10:02аби створити зображення, котре також
відповідає параметрам даних з телескопів. -
10:03 - 10:07Різні типи зображень мають вельми
характерні набори таких фрагментів. -
10:07 - 10:10Що ж трапиться, якщо ми використаємо
ті самі дані, -
10:10 - 10:14але інші набори пазлів
для відтворення зображення? -
10:14 - 10:18Давайте почнемо зі шматочків для
симуляції зображення чорної діри. -
10:18 - 10:20Добре, це виглядає непогано.
-
10:20 - 10:23Це виглядає так, як, на нашу думку,
виглядатиме чорна діра. -
10:23 - 10:25Але ми отримали такий результат
тільки тому, -
10:25 - 10:28що ввели до алгоритму шматочки
зображень із симуляціями чорної діри? -
10:28 - 10:30Давайте спробуємо інший набір
шматочків зображень -
10:30 - 10:33із астрономічними об'єктами,
що не є чорною дірою. -
10:33 - 10:35Добре, ми отримали дуже схожу світлину.
-
10:35 - 10:37А як щодо повсякденних знімків,
-
10:37 - 10:40як ті, що ви кожного дня
робите на власні камери? -
10:41 - 10:43Чудово! Ми бачимо те саме зображення.
-
10:43 - 10:47Коли із різних наборів шматочків
ми отримуємо однакові зображення, -
10:47 - 10:49то можемо із більшою вірогідністю сказати,
-
10:49 - 10:51що припущення щодо фото, котрі ми робимо,
-
10:51 - 10:54не надто вливають на кінцеву світлину.
-
10:54 - 10:57Ще ми можемо взяти
набір шматочків, як ті, -
10:57 - 11:00котрі ми отримали із
повсякденних знімків, -
11:00 - 11:03і використати їх для відтворення різних
типів зображень. -
11:03 - 11:05Отже, у наших симуляціях
-
11:05 - 11:08ми уявляємо, що чорна діра виглядає,
як будь-які інші астрономічні об'єкти -
11:08 - 11:12і як повсякденні зображення
типу слона у центрі нашої галактики. -
11:12 - 11:15Коли результати алгоритму знизу
нагадають -
11:15 - 11:18зображення симуляції зверху,
-
11:18 - 11:21то ми можемо впевнитися у правильності
наших алгоритмів. -
11:21 - 11:23І мені хотілося б підкреслити,
-
11:23 - 11:25що усі ці зображення створені нами
-
11:25 - 11:28під час складання шматочків
повсякденних фото, -
11:28 - 11:30котрі ви усі кожного дня
робите на свої камери. -
11:30 - 11:33Тож зображення чорної діри, котру
ми ніколи раніше не бачили -
11:33 - 11:37у результаті може бути створене із набору
фото, котрі ми бачимо повсякчас: -
11:37 - 11:40світлини людей, будівель,
дерев та домашніх улюбленців. -
11:40 - 11:43Саме такі візуальні концепції
дадуть нам змогу -
11:43 - 11:45зробити перший знімок
чорної діри -
11:45 - 11:48і, я сподіваюся, підтвердити
відомі теорії, -
11:48 - 11:50на які науковці спираються
у щоденній роботі. -
11:50 - 11:53Але такі візуальні концепції
неможливо було б реалізувати, -
11:53 - 11:56якби не робота надзвичайної
команди науковців, -
11:56 - 11:58із якими я маю честь працювати.
-
11:58 - 11:59Я досі не можу повірити,
-
11:59 - 12:03що незважаючи на те, що я почала роботу
не маючи знань з астрофізики, -
12:03 - 12:05те, чого ми досягли у цьому унікальному
спільному проекті, -
12:05 - 12:08може стати першим зображенням
чорної діри. -
12:08 - 12:11Але великі проекти, як
Event Horizon Telescope, -
12:11 - 12:13успішні саме завдяки усім тим
міждисциплінарним знанням, -
12:13 - 12:15котрі різні люди вносять
у спільну роботу. -
12:15 - 12:17Наша команда - це суміш
із астрономів, -
12:17 - 12:19фізиків, математиків та інженерів.
-
12:19 - 12:22Саме це невдовзі дозволить
-
12:22 - 12:25досягти чогось, що раніше
здавалось неможливим. -
12:25 - 12:27Я хочу закликати усіх вас вийти на вулицю
-
12:27 - 12:29і допомогти нам розширити кордони науки,
-
12:29 - 12:33навіть, якщо це спочатку здаватиметься
так само загадковим, як і чорна діра. -
12:33 - 12:34Дякую.
-
12:34 - 12:37(Оплески)
- Title:
- Як зробити знімок чорної діри
- Speaker:
- Кеті Боуман
- Description:
-
У центрі Чумацького Шляху знаходиться надмасивна чорна діра, що живиться від диску розпеченого газу, котрий обертається довкола неї і поглинає будь-що, що наважиться занадто наблизитися. Навіть світло. Її неможливо побачити, але її горизонт подій відкидає тінь, знімок якої міг би допомогти із відповідями на кілька важливих питань про всесвіт. Науковці вважали, що для такого знімку знадобиться телескоп розміром із Землю. Аж доки Кеті Боуман та команда астрономів не запропонували розумнішу альтернативу. Дізнайтесь більше про те, як можна зазирнути у цілковиту пітьму.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 12:51
Khrystyna Romashko approved Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Khrystyna Romashko accepted Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Khrystyna Romashko edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Irina Kozhanova edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Irina Kozhanova edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Irina Kozhanova edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Irina Kozhanova edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole | ||
Irina Kozhanova edited Ukrainian subtitles for How to take a picture of a black hole |