4 月 10 日,人们首次看见黑洞,像宇宙里的甜甜圈。团队重要人物是来自麻省理工学院的研究员凯蒂·包曼(Katie Bouman)。 前年,她已在 TED 分享这个拍黑洞的故事。 她说:“宇宙里最壮观的事物,是肉眼看不见的。”而她的热忱,就是让看不见的事物被看见。

2019 年 4 月 10 日,人们第一次看见黑洞的样子,就像宇宙里的甜甜圈。

很多人好奇,这张照片是怎么拍出来的。团队中的一位重要人物,是 29 岁的电脑科学家凯蒂.包曼(Katie Bouman)。她所负责的是拍摄黑洞所需的演算法。BBC 将她喻为“黑洞影像背后的女性推手”不过,早在前年,包曼就已公开在 TED 分享团队的经验。在计画进行当时,她还是博士生。[1][2]


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宇宙里最壮观的事物,是肉眼看不见的

“我的名字叫做凯蒂.包曼,我是麻省理工的电脑科学博士生,专长是电脑视觉(computer vision),这是一门研究让电脑透过影像,能够看见、识别事物的科学。虽然我不是一个天文学者,但我还是想告诉你们,我如何参与了这个找到黑洞的专案。”

故事的起点,发生在六年前。那时人们对黑洞的想像,还只存在于研究室里。

“先让我们看看满天星斗,沿着银河螺旋,往前 26000 光年,你会在中心点,找到一群星星。科学家们已经研究了这群星星长达十六年。科学家们发现,它们都绕着某个又小又重、却看不见的事物转。”

宇宙里最壮观的事物,往往是肉眼看不见的。

它就是所谓的“超大质量黑洞(supermassive black hole)”。它的密度极大,也会将身旁的一切东西都吸进去,连光线也是。


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因此,当时的科学家推测黑洞所在之处,应该会有一个光环,能“照出”黑洞的轮廓。不过,包曼指出,这个黑洞离地球实在太遥远了,从地球看过去,光环非常微小,就像我们要用肉眼辨识月球上的一颗橘子。拍摄黑洞照片是极其困难的。

因此,我们必须打造一个更巨大的望远镜,才能够看清楚黑洞的模样。经过计算,我们需要的大小,是“整个地球”那么大(群众笑声)。

这是现阶段任何一座电波望远镜都远远达不到的程度。怎么办呢?

包曼:我们把地球变成一颗迪斯可球

包曼说,就像滚石乐团主唱 Mick Jagger 的名曲:“你不能总是得到你要的(You can't always get what you want),但如果你尝试,你就会发现,你还是能得到你所需要的。”


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于是,我们串联了全球的电波望远镜。

国际组织“事件视界望远镜计画”(event horizon telescope,简称EHT)就是于此背景下诞生。计画内容,就是由串联世界各地电波望远镜、并经由原子钟校时,全球同步连线,打造出一个几乎是地球大小规模的望远镜计画。听起来很壮观,每个地点的研究团队,都收集了数千兆字节的数据,将光线的数据收集起来。

换句话说,其实我们就是把地球变成一颗超大迪斯可舞厅球。

当世上不同地点分布了望远镜,随着地球自转,就能透过折射镜面,收集到黑洞所在位置的不同数据。而没有望远镜的地方,再透过电脑演算法,教导电脑把这些空隙补起来。如此,就能够得到一张完整的黑洞照片。

我的工作,是让看不见的事物被看见


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包曼的工作,其实主要在于教导电脑辨识“这是一张黑洞照片”。听起来很简单?不过最重要的是,整个计画在成像时遇到了一个问题。就是符合描述的图片会有成千上万张。包曼说,但人们的问题是,没人能够教导电脑如何判断出“这是一张黑洞的照片”。

因为即使是我们自己也没见过黑洞。难道我们要拿《星际效应》的模拟照片来用吗?因为我们甚至也不确定爱因斯坦的相对论在黑洞周边是否仍成立。这样我们得到的只会是期望的图片,而非真相。

包曼说,她负责的工作,就是藉由导入不同类型影像的特征,让演算法得以重建出黑洞影像。

“也就是说,我们将许多不同照片,都拆成碎片(puzzle pieces),然后交给演算法,将它们拼凑还原。”如果越来越多的照片,拼凑结果都渐趋一致,那就表示,演算法描述的数据,与真相不会有太大差异。

CNN 报导指出,包曼的角色其重要性几乎等同于让黑洞成像中原先看不见的事物,能被世人看到。[3]

“尽管像黑洞一样未知,还是要踏出第一步啊”


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《时代杂志》报导,她的研究热忱,在于“‘想出方法’,让我们看见那些看不见的事物。”这也让她成为研究黑洞最适合的人选之一。这是一个任何东西都能够被吞噬的地方。虽然专业领域与航太无关,但包曼仍然贡献自己的专业,并将实际的计算方法,带进黑洞的计画中。[4]

如果没有她与她的团队,很可能我们对黑洞的知识,仍只是想像中的模样,包曼回忆,当团队拍摄到画面时,她很兴奋。

“即使我们已经尝试了这么多年,我实在也没预料到我们能得到整个黑洞环照片,我原本只期待得到一小块画面(a bolb)就好了”

一张她坐在研究室的照片在网路上广为流传。她不是研究助理、不是研究员伴侣。她是计画的成员,正在用电脑连线,观看自己参与的研究成果,顺利得出黑洞画面。

打开整个宇宙的秘密,就在小小研究室萤幕里。


图片|包曼脸书

包曼与“事件视界望远镜”的合作仍在继续,未来他们将会将更多太空中的卫星天线也纳入望远镜网络中,之后也会着手进行黑洞的动态影像录制,人们将有机会能看到吞噬中的黑洞影片。与此同时,包曼并于加州理工学院(Caltech)担任助理教授。

历史还短,未来很长

根据《时代杂志》报导,全世界的工程师中,目前仍只有百分之三十是女性。而在历史上,被记载下来的女性工程师或电脑科学家,更是稀少。不过,她们真的从未对电脑科学产生贡献吗?事实上,极有可能只是我们将这些女性的名字从茫茫历史海中消除了。(延伸阅读:Google 引爆性别论战:女性工程师少是天生的,不是性别歧视?

1946 年,二次大战孕育出被誉为“世界第一台电脑”的电子数值积分计算机(ENIAC),它的程式正是由女性工程师撰写的,她的名字是简.杰宁斯(Jean Jennings)。

1969 年,女性工程师玛格丽特.汉密尔顿(Margaret Hamilton)替阿波罗 11 号编写程式,以最大程度预防了可能发生的危险,确保人类史上第一个登月计画成功。


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2019 年,我们也见到麻省理工的博士生凯蒂.包曼与她的团队,透过编写新的电脑演算法,让世人能够第一次看见真实黑洞样貌。

这份女性工程史看似很短,还有许多缺漏名字,无人去补。我们找出散佚的名字,重新说出被历史遗忘的女性故事。而未来的那些新名字呢?我们希望越来越多女性,能在各领域写下历史。半世纪前,汉密尔顿帮助我们登上月球;半世纪后,包曼让我们看见黑洞。谁说女性就是不适合科学呢。(延伸阅读:在科学、科技领域中,男女的落差愈来愈小

正如包曼鼓励人们跨出第一步:“我完全不是天文背景,但还是参加了这个跨领域的专案,并做出贡献。即使第一步可能像黑洞一样神秘,也还是要继续往前。”


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