Come scattare la foto di un buco nero | Katie Bouman | TEDxBeaconStreet
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0:19 - 0:21Nel film "Interstellar",
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0:21 - 0:25osserviamo da vicino
un buco nero supermassiccio. -
0:25 - 0:26Un gas luminoso sullo sfondo,
-
0:26 - 0:29la massiccia attrazione
gravitazionale del buco nero -
0:29 - 0:31che flette la luce formando un anello.
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0:31 - 0:33Questa non è una vera fotografia,
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0:33 - 0:35ma una rappresentazione
grafica al computer - -
0:35 - 0:38un'interpretazione artistica
di come potrebbe apparire un buco nero. -
0:38 - 0:40Cento anni fa,
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0:40 - 0:43Albert Einstein pubblicò
la sua teoria della relatività generale. -
0:43 - 0:45Negli anni successivi,
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0:45 - 0:48gli scienziati hanno fornito
prove a sostegno di questa teoria. -
0:48 - 0:51Ma una cosa prevista
da questa teoria, i buchi neri, -
0:51 - 0:53non è stata ancora osservata direttamente.
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0:53 - 0:56Anche se abbiamo qualche idea
su come potrebbe essere un buco nero, -
0:56 - 0:59non ne abbiamo mai fotografato uno.
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0:59 - 1:01Tuttavia, potrebbe sorprendervi sapere
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1:01 - 1:06che una prima immagine di un buco nero
potremmo ottenerla entro un paio d'anni. -
1:06 - 1:09Per ottenere questa prima immagine,
un team internazionale di scienziati -
1:09 - 1:12utilizzerà un telescopio
delle dimensioni della Terra -
1:12 - 1:14e un algoritmo per comporre
l'immagine finale. -
1:14 - 1:18Anche se oggi non sarò in grado
di mostrarvi un'immagine di un buco nero, -
1:18 - 1:20vorrei farvi capire lo sforzo necessario
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1:20 - 1:22per ottenere quella prima immagine.
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1:24 - 1:25Mi chiamo Katie Bouman,
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1:25 - 1:28e sono una dottoranda al MIT.
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1:28 - 1:30Lavoro in un laboratorio di informatica
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1:30 - 1:34il cui obiettivo è usare immagini e video
per insegnare i computer a vedere. -
1:34 - 1:36Ma anche se non sono un astronoma,
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1:36 - 1:40oggi vorrei mostrarvi come ho contribuito
a questo entusiasmante progetto. -
1:42 - 1:45Se questa sera andate in un posto buio,
lontano delle luci della città, -
1:45 - 1:49potreste essere fortunati e godervi
una vista mozzafiato della Via Lattea. -
1:50 - 1:52E se poteste ingrandire milioni di stelle,
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1:52 - 1:5626.000 anni luce verso il cuore
della spirale della Via Lattea, -
1:56 - 1:59alla fine raggiungereste un gruppo
di stelle proprio al centro. -
1:59 - 2:03Oltrepassando tutta la polvere galattica
con i telescopi a infrarossi, -
2:03 - 2:07gli astronomi hanno osservato
queste stelle per oltre 16 anni. -
2:07 - 2:10Ma è quello che non vedono,
a essere ancora più spettacolare. -
2:10 - 2:13Queste stelle sembrano orbitare
attorno a un oggetto invisibile. -
2:16 - 2:19Seguendo i percorsi di queste stelle,
gli astronomi hanno concluso -
2:19 - 2:22che l'unica cosa piccola e pesante
da causare questo movimento -
2:22 - 2:24è un buco nero supermassiccio -
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2:24 - 2:25un oggetto così denso
-
2:25 - 2:28da risucchiare qualsiasi cosa
si avventuri troppo vicino, -
2:28 - 2:30luce inclusa.
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2:30 - 2:33Ma cosa succederebbe,
se ingrandissimo ulteriormente? -
2:33 - 2:38È possibile vedere qualcosa
che, per definizione, non si può vedere? -
2:39 - 2:43Be', se dovessimo ingrandire
fino alle lunghezza delle onde radio, -
2:43 - 2:45ci aspettiamo di vedere un anello di luce
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2:45 - 2:47causato dalla lente
gravitazionale del plasma caldo -
2:47 - 2:49che sfreccia attorno al buco nero.
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2:49 - 2:50In altre parole,
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2:50 - 2:53il buco nero proietta un'ombra
su questo fondale di materiale luminoso, -
2:53 - 2:55ritagliando una sfera di oscurità.
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2:55 - 2:59Questo anello luminoso rivela
l'"orizzonte degli eventi" del buco nero, -
2:59 - 3:01dove l'attrazione gravitazionale
diventa così grande -
3:01 - 3:03che nemmeno la luce può sfuggire.
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3:05 - 3:08Le equazioni di Einstein stimano
la dimensione e la forma di questo anello, -
3:08 - 3:11quindi scattare una foto
non sarebbe solo bello, -
3:11 - 3:14ma aiuterebbe anche a verificare
che queste equazioni valgono -
3:14 - 3:17anche in condizioni estreme,
come attorno a un buco nero. -
3:17 - 3:19Questo buco nero, tuttavia,
è così lontano da noi -
3:19 - 3:22che dalla Terra questo anello
appare incredibilmente piccolo - -
3:22 - 3:26come se fosse un'arancia
sulla superficie lunare. -
3:26 - 3:29Ciò rende estremamente difficile
scattarne una foto. -
3:30 - 3:32Perché?
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3:32 - 3:35Be', tutto si riduce
a una semplice equazione. -
3:35 - 3:38A causa di un fenomeno
chiamato diffrazione, -
3:38 - 3:42ci sono limiti fondamentali
alle dimensioni degli oggetti visibili. -
3:42 - 3:46Questa equazione dice che,
per vedere cose sempre più piccole, -
3:46 - 3:49dobbiamo ingrandire sempre più
il nostro telescopio. -
3:49 - 3:52Ma anche con i più potenti
telescopi ottici sulla Terra, -
3:52 - 3:54nemmeno ci avviciniamo
alla risoluzione necessaria -
3:54 - 3:57per scattare un'immagine
della superficie lunare. -
3:57 - 4:00Qui vedete una delle immagini
alla più alta risoluzione di sempre -
4:00 - 4:02della Luna dalla Terra.
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4:02 - 4:04Contiene circa 13.000 pixel,
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4:04 - 4:08eppure ogni pixel conterrebbe
oltre 1,5 milioni di arance. -
4:09 - 4:11Quanto grande, allora,
dovrebbe essere un telescopio -
4:11 - 4:14per vedere un'arancia
sulla superficie della Luna - -
4:14 - 4:16e, per estensione, il nostro buco nero?
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4:16 - 4:19Giocando con i numeri,
si può facilmente calcolare -
4:19 - 4:21che il telescopio dovrebbe essere
grande come la Terra. -
4:21 - 4:23(Risate)
-
4:23 - 4:25E se anche potessimo costruirlo,
-
4:25 - 4:28appena distingueremmo
quel particolare anello di luce -
4:28 - 4:31che indica l'orizzonte
degli eventi del buco nero. -
4:31 - 4:32Questa immagine non contiene
-
4:32 - 4:35tutti i dettagli che vediamo
nei rendering grafici; -
4:35 - 4:38ma ci permetterebbe di apprezzare,
per la prima volta, -
4:38 - 4:41l'ambiente circostante a un buco nero.
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4:41 - 4:42Come potete immaginare,
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4:42 - 4:46costruire un telescopio a singola apertura
grande come l'intera Terra è impossibile. -
4:46 - 4:48Ma nelle famose parole di Mick Jagger,
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4:48 - 4:50"Non puoi sempre ottenere quello che vuoi.
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4:50 - 4:52Ma a volte, se ci provi,
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4:52 - 4:54potresti trovare quel che ti serve".
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4:54 - 4:56E connettendo telescopi da tutto il mondo,
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4:56 - 4:59una collaborazione internazionale
chiamata Event Horizon Telescope -
4:59 - 5:03sta creando un "telescopio computazionale"
grande come l'intera Terra, -
5:03 - 5:04in grado di risolvere la struttura
-
5:04 - 5:07sulla scala dell'orizzonte
degli eventi di un buco nero. -
5:07 - 5:12L'anno prossimo, questa rete di telescopi
creerà la prima immagine di un buco nero. -
5:14 - 5:17Tutti i telescopi nella rete mondiale
funzionano insieme. -
5:17 - 5:20Sincronizzati usando
precisissimi orologi atomici, -
5:20 - 5:22gruppi di ricercatori
sparsi in tutto il mondo -
5:22 - 5:26congelano la luce, raccogliendo
migliaia di terabyte di dati. -
5:26 - 5:31Questi dati vengono poi elaborati qui,
in un laboratorio del Massachusetts. -
5:33 - 5:34Ma come funziona?
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5:34 - 5:38Ricordate, se vogliamo vedere il buco nero
nel centro della nostra galassia, -
5:38 - 5:41dobbiamo costruire un telescopio
di dimensioni terrestri? -
5:41 - 5:43Fingiamo, per un secondo,
di poter costruire -
5:43 - 5:45un telescopio grande come la Terra.
-
5:45 - 5:47Questo sarebbe come trasformare la Terra
-
5:47 - 5:49in una gigantesca
palla da discoteca rotante. -
5:49 - 5:52Ogni singolo specchio
raccoglierebbe la luce -
5:52 - 5:54da riaggregare, poi,
per creare un'immagine. -
5:54 - 5:57Ora rimuoviamo la maggior parte
di questi specchi, -
5:57 - 5:59così che ne rimangano solo pochi.
-
5:59 - 6:02Potremmo ancora provare a combinare
queste informazioni insieme; -
6:02 - 6:04ma ora ci sarebbero molti buchi.
-
6:04 - 6:08Gli specchi rimanenti rappresentano
le posizioni in cui abbiamo i telescopi. -
6:08 - 6:12È un numero incredibilmente piccolo
di misurazioni da cui fare una foto. -
6:12 - 6:16Ma anche se raccogliamo la luce
solo in poche posizioni, -
6:16 - 6:19mentre la Terra ruota,
osserviamo altre misurazioni. -
6:20 - 6:23Mentre la palla da discoteca ruota,
quegli specchi cambiano posizione -
6:23 - 6:26e osserviamo diverse parti dell'immagine.
-
6:26 - 6:30Gli algoritmi di imaging che sviluppiamo
colmano le lacune della palla da discoteca -
6:30 - 6:33ricostruendo comunque, dalle sue parti,
l'immagine del buco nero. -
6:33 - 6:36Se avessimo telescopi posizionati
ovunque nel mondo -- -
6:36 - 6:38l'intera sfera da discoteca --
-
6:38 - 6:39sarebbe banale.
-
6:39 - 6:43Noi vediamo solo alcuni punti,
e per questo motivo, -
6:43 - 6:45c'è un numero infinito
di immagini possibili -
6:45 - 6:48che sono perfettamente coerenti
con le misurazioni dei telescopi. -
6:49 - 6:52Tuttavia, non tutte
le immagini sono uguali. -
6:52 - 6:57Alcune assomigliano più di altre
a ciò che pensiamo. -
6:57 - 7:00Il mio contribuito allo scatto
della prima immagine di un buco nero -
7:00 - 7:03è progettare algoritmi
che trovino l'immagine più ragionevole -
7:03 - 7:06tra quelle compatibili
con le misurazioni del telescopio. -
7:06 - 7:10Proprio come un disegnatore forense
usa descrizioni limitate -
7:10 - 7:14per creare un'immagine
dalla struttura del volto, -
7:14 - 7:18gli algoritmi di imaging che sviluppo
usano i dati limitati del telescopio -
7:18 - 7:22per guidarci a un'immagine coerente
con il resto del nostro universo. -
7:22 - 7:26Utilizzando questi algoritmi,
siamo in grado di estrarre immagini -
7:26 - 7:28da queste informazioni
sparse e disturbate. -
7:28 - 7:33Qui vedete una ricostruzione,
fatta con dati simulati, -
7:33 - 7:35quando fingiamo di puntare
i nostri telescopi -
7:35 - 7:37verso il buco nero
nel centro della nostra galassia. -
7:37 - 7:42Anche se è solo una ricostruzione,
ci fa ben sperare -
7:42 - 7:45che presto saremo in grado di scattare
la prima immagine di un buco nero -
7:45 - 7:48e determinarne la dimensione
del suo anello. -
7:50 - 7:53Anche se mi piacerebbe spiegarvi
i dettagli di questo algoritmo, -
7:53 - 7:56fortunatamente per voi non ne ho il tempo.
-
7:56 - 7:58Ma mi piacerebbe spiegarvi brevemente
-
7:58 - 8:00come definiamo l'aspetto
del nostro universo -
8:00 - 8:04e come usiamo questa definizione
per ricostruire e verificare i risultati. -
8:05 - 8:08Poiché esiste un numero infinito
di immagini possibili -
8:08 - 8:10e perfettamente coerenti
con le misure del telescopio, -
8:10 - 8:13dobbiamo trovare un modo
per sceglierne soltanto alcune. -
8:13 - 8:15Facciamo questo classificando le immagini
-
8:15 - 8:19in base alla probabilità che esse siano
l'immagine del buco nero, -
8:19 - 8:21e quindi scegliendo quella più probabile.
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8:21 - 8:22Cosa intendo, esattamente?
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8:22 - 8:25È come se stessimo cercando
di creare un modello -
8:25 - 8:28che calcoli la probabilità
che un'immagine appaia su Facebook. -
8:28 - 8:29Vorremmo che il modello dicesse
-
8:29 - 8:33che difficilmente sarà pubblicata
l'immagine confusa sulla sinistra, -
8:33 - 8:35ed è piuttosto probabile
che qualcuno pubblichi un selfie -
8:35 - 8:37come questo sulla destra.
-
8:37 - 8:38L'immagine nel mezzo è sfocata:
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8:38 - 8:41quindi, anche se è più probabile
vederla su Facebook -
8:41 - 8:42rispetto all'immagine rumorosa,
-
8:42 - 8:45è meno probabile rispetto al selfie.
-
8:45 - 8:48Ma quando si tratta
di immagini dal buco nero, -
8:48 - 8:52ci troviamo di fronte a un vero enigma:
non abbiamo mai osservato un buco nero! -
8:52 - 8:54Quale è, quindi, l'immagine
più probabile del buco nero, -
8:54 - 8:57e cosa dovremmo assumere
sulla struttura dei buchi neri? -
8:57 - 9:01Potremmo provare a usare le immagini
delle simulazioni che abbiamo fatto, -
9:01 - 9:03come l'immagine del buco nero
di "Interstellar". -
9:03 - 9:06Ma se lo facessimo,
ci sarebbero alcuni problemi. -
9:07 - 9:11Cosa accadrebbe, se le teorie
di Einstein non reggessero? -
9:11 - 9:15Noi vogliamo un'immagine accurata
di quello che sta accadendo. -
9:15 - 9:18Se i nostri algoritmi contassero troppo
sulle equazioni di Einstein, -
9:18 - 9:21finiremmo per vedere
solo ciò che ci aspettiamo di vedere. -
9:21 - 9:23Vogliamo lasciare aperta l'opzione
-
9:23 - 9:26che ci sia un elefante
al centro della nostra galassia. -
9:26 - 9:28(Risate)
-
9:28 - 9:30Diverse immagini
hanno caratteristiche distinte. -
9:30 - 9:34Possiamo facilmente capire la differenza
tra le simulazioni dei buchi neri -
9:34 - 9:37e le immagini che scattiamo
ogni giorno qui sulla Terra. -
9:37 - 9:40Dobbiamo insegnare agli algoritmi
che immagini aspettarsi, -
9:40 - 9:44senza imporre eccessivamente
un tipo di immagine rispetto ad un altro. -
9:44 - 9:46Per mitigare questo problema,
-
9:46 - 9:49potremmo imporre le caratteristiche
di diversi tipi di immagine -
9:49 - 9:53e osservare come queste assunzioni
influiscono sulle ricostruzioni. -
9:55 - 9:58Se tutte le ricostruzioni
producono un'immagine molto simile, -
9:58 - 10:00allora possiamo essere più sicuri
-
10:00 - 10:04che le nostre ipotesi non stiano
influenzando molto questa immagine. -
10:04 - 10:07Questo è un po' come dare
la stessa descrizione -
10:07 - 10:10a tre diversi bozzettisti
provenienti da tutto il mondo. -
10:10 - 10:13Se tutti producono un volto
dall'aspetto molto simile, -
10:13 - 10:15possiamo iniziare a confidare
-
10:15 - 10:19che non stiano imponendo
i loro pregiudizi culturali sui disegni. -
10:20 - 10:23Un modo in cui possiamo provare a imporre
diverse caratteristiche dell'immagine -
10:23 - 10:26è l'utilizzo di pezzi
di immagini esistenti. -
10:26 - 10:29Prendiamo quindi una grande
collezione di immagini, -
10:29 - 10:31e le suddividiamo in piccoli pezzi.
-
10:31 - 10:36Ogni pezzo di immagine
è un po' come il pezzo di un puzzle. -
10:36 - 10:40E noi usiamo vari pezzi di puzzle
per mettere assieme un'immagine -
10:40 - 10:42che sia anche coerente
con le misure del telescopio. -
10:47 - 10:50Diversi tipi di immagini, naturalmente,
hanno diversi set di pezzi di puzzle. -
10:51 - 10:54Ma cosa succede quando
prendiamo gli stessi dati, -
10:54 - 10:58ma usiamo diversi set di pezzi del puzzle
per ricostruire l'immagine? -
10:58 - 11:02Iniziamo con i pezzi del puzzle
della simulazione del buco nero. -
11:04 - 11:06OK, questo sembra ragionevole.
-
11:06 - 11:08Questo è come ci aspettiamo
che un buco nero si presenti. -
11:08 - 11:10Ma l'abbiamo ottenuto perché abbiamo usato
-
11:10 - 11:13tanti piccoli pezzi di immagini
di simulazioni di un buco nero? -
11:13 - 11:17Proviamo un altro set di pezzi,
da oggetti astronomici, non buchi neri. -
11:18 - 11:20OK, otteniamo un'immagine simile.
-
11:20 - 11:23Perché non provare con pezzi
di immagini di tutti i giorni, -
11:23 - 11:26come le immagini che scattate
con la vostra fotocamera personale? -
11:27 - 11:29Ottimo, vediamo la stessa immagine.
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11:29 - 11:32Quando otteniamo la stessa immagine
da diversi set di pezzi del puzzle, -
11:32 - 11:34possiamo confidare nel fatto
-
11:34 - 11:39che le nostre ipotesi non alterino troppo
l'immagine finale ottenuta. -
11:40 - 11:44Un'altra cosa che possiamo fare
è prendere lo stesso set di pezzi, -
11:44 - 11:46come quelli forniti
dalle immagini di tutti i giorni, -
11:46 - 11:49e usarli per ricostruire
diversi tipi di immagini sorgente. -
11:49 - 11:51E così, nelle nostre simulazioni,
-
11:51 - 11:55fingiamo che un buco nero assomigli
ad oggetti astronomici, non buchi neri, -
11:55 - 11:58e a immagini di tutti i giorni,
come l'elefante nel centro della galassia. -
11:58 - 12:02Quando i risultati dei nostri algoritmi
sembrano molto simili -
12:02 - 12:04all'immagine di riferimento
della prima simulazione, -
12:04 - 12:07allora possiamo iniziare
ad avere fiducia nei nostri algoritmi. -
12:07 - 12:09E voglio davvero sottolineare, qui,
-
12:09 - 12:11che tutte queste immagini
sono state create -
12:11 - 12:14assemblando piccoli tasselli
di fotografie di tutti i giorni, -
12:14 - 12:16quelle che si fanno
con la propria fotocamera. -
12:16 - 12:20Quindi, un'immagine di un buco nero
che non abbiamo mai visto prima -
12:20 - 12:24potrebbe essere creata mettendo insieme
immagini a noi familiari. -
12:25 - 12:27Idee come questa ci permetteranno
-
12:27 - 12:30di scattare le prime immagini
di un buco nero. -
12:30 - 12:33E, si spera, verificare
quelle famose teorie -
12:33 - 12:35su cui gli scienziati
fanno affidamento tutti i giorni. -
12:36 - 12:38Ovviamente, elaborare
strategie di rendering come questa -
12:38 - 12:42non sarebbe mai stato possibile
senza il fantastico team di ricercatori -
12:42 - 12:44con cui ho il privilegio di lavorare.
-
12:44 - 12:45Mi stupisce ancora che,
-
12:45 - 12:48sebbene io abbia iniziato
senza alcuna formazione in astrofisica, -
12:48 - 12:51i risultati di questa collaborazione unica
-
12:51 - 12:54potrebbero portare alle prime
immagini di un buco nero. -
12:54 - 12:57Ma grandi progetti
come l'Event Horizon Telescope -
12:57 - 13:00hanno successo grazie a tutte
le competenze interdisciplinari -
13:00 - 13:02che persone diverse
mettono a disposizione. -
13:02 - 13:06Siamo un crogiolo di astronomi,
fisici, matematici e ingegneri. -
13:06 - 13:10È questo che presto renderà possibile
realizzare ciò che prima era impossibile. -
13:11 - 13:13Vorrei incoraggiarvi tutti
a uscire là fuori -
13:13 - 13:15e aiutare a spingere
i confini della scienza, -
13:15 - 13:19anche quando sembrano, a prima vista,
misteriosi come un buco nero. -
13:19 - 13:21Grazie.
-
13:21 - 13:26(Applausi)
- Title:
- Come scattare la foto di un buco nero | Katie Bouman | TEDxBeaconStreet
- Description:
-
Per scattare una foto di un buco nero, servirebbe un telescopio grande come il nostro pianeta. E non è proprio fattibile. Ma Katie Bouman e il suo team hanno trovato una soluzione alternativa che coinvolge algoritmi complessi e cooperazione globale. Ascolta il suo intervento per scoprire come potremmo, a breve, riuscire a vedere nel buio estremo.
Questo intervento è stato presentato a un evento TEDx, che utilizza il format della conferenza TED ma è stato organizzato in maniera indipendente da una comunità locale.
Per maggiori informazioni, visita il sito http://ted.com/tedx
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDxTalks
- Duration:
- 13:33
Michele Gianella approved Italian subtitles for How to take a picture of a black hole | Katie Bouman | TEDxBeaconStreet | ||
Michele Gianella accepted Italian subtitles for How to take a picture of a black hole | Katie Bouman | TEDxBeaconStreet | ||
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