İnsanlığın ilk kara delik fotoğrafının arkasındaki kahraman: 29 yaşındaki kadın algoritma mühendisi
İnsanın ilk kara delik fotoğrafı
Bu tarihi ana tanık olduğumuz için şanslıyız. Neden öyle diyorsun? Çünkü kara deliklerin "fotoğrafını çekmek" çok ama çok zordur.Karadeliklerin doğası gereği, kara delikler onlarca yıldır halkın sayısız canlanmasına neden olmuştur, ancak kara deliklerin gerçek renklerini kimse bilmiyor. İşte bu nedenle insanlıktaki bir kara deliğin ilk fotoğrafı halkın büyük ilgisini çekti.
Aslında bir kara deliğin fotoğrafını çekmek çok zor ve önceki nesil bunun imkansız olduğunu düşünüyordu. Kara deliğin kendisi kozmik bir tuzak olduğu için, ne ışık ne de madde ondan kaçamaz, bu yüzden görünmezdir. Ancak bilim adamları, fotonların kaybolduğu "ufka" geri dönebilirler.
İlk çığır açan kara delik fotoğrafı (55 milyon ışıkyılı uzaklıktaki Başak A galaksisinin (M87) merkezindeki kara delik) insanlar tarafından başarıyla çekildi ve Event Horizon teleskopu (EHT) tarafından çekildi. Antarktika, İspanya ve Şili'yi kapsayan ve dünyanın dört bir yanından 200'den fazla bilim adamının katıldığı bir milimetre / milimetre altı dalga radyo teleskop ağı.
Event Horizon Teleskop Projesi
Kara delik ufkunun kenarındaki fiziksel süreçleri gözlemlemek için, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde doktora sonrası araştırmacı Katie Bouman liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, tek bir teleskop oluşturmak için dünya çapında dağıtılan sekiz milimetre / milimetre altı radyo teleskoplarını kullanan bir proje oluşturdu. Tüm dünyaya yakın bir açıklığa sahip sanal bir teleskop olan bu sanal teleskop, "olay ufku teleskopu" olarak adlandırılır.
Event Horizon Telescope projesinin başarısı, güneşli bir günde birkaç kıtadaki sekiz uzak ekibin hassas koordinasyonuna bağlıdır. Proje, farklı konumlardaki gözlemleri koordine etmek için hidrojen maserleri adı verilen atomik saatleri kullanıyor.Bu atom saati, her 100 milyon yılda bir saniyelik bir hata için doğrudur. Nisan 2017'de bir gece, sekiz radyo teleskopun bulunduğu konumlardaki hava koşulları özellikle iyiydi ve son derece elverişli gözlem koşulları yarattı. University College London EHT ortağı olan Ziri Younsi, "Çok şanslıyız! Hava çok güzel!" Dedi.
EHT, dalgaları ölçmek için havuzun kenarına dedektörler yerleştirerek havuza atılan taşları yeniden inşa etmeye benzer bir girişim olan interferometrik tekniklere dayanır. Aynı şekilde, EHT sekiz teleskoptan gelen sinyalleri birleştirir ve bir grup anlaşılmaz ışık noktasını görsel görüntülere dönüştürmek için bir bilgisayar aracılığıyla giriş yapar.
İşte sorun şu: Bu proje tarafından toplanan veri miktarı o kadar büyük ki, sadece bir gecede üretilen EHT miktarı eşi görülmemiş bir düzeye, 5PB'ye kadar, yani yaklaşık 5242880 GB'a ulaştı. Günümüzde sıradan bilgisayar sabit diskleri 500 GB'dir, bu nedenle EHT tarafından oluşturulan 5PB verilerin doldurulması için 10.000500 GB sabit disk gerekir ve bu 10.000 sabit disk yarım ton ağırlığındadır.
Bu kadar büyük miktarda veri İnternet üzerinden aktarılamaz.Sadece sabit diske yerleştirilebilir ve araştırmacılar tarafından ABD ve Almanya'daki araştırma kurumlarına uçakla alınabilir.Süper bilgisayar, ham verileri insanlarda gördüğümüz ilk kara deliğe sentezlemek için kullanılır. Fotoğraf.
Kara delik fotoğraflarına dönüştürülecek bu büyük miktardaki verilerle nasıl başa çıkılır? Bu, perde arkasındaki kadın kahramandan bahsetmeli: Katie Bouman.
Kara delik fotoğrafının arkasındaki kahraman
Bouman'ın yeni algoritması büyük başarılar sağlıyor
Katie Bouman'ın çabaları olmadan insanlar kara deliğin gerçek yüzünü göremeyebilir.
EHT'nin ürettiği büyük verileri görüntülere dönüştürmenin anahtarlarından biri, yeni ve karmaşık bir algoritma geliştirme ihtiyacıdır. Bu algoritmaların yalnızca verileri birleştirmesi değil, aynı zamanda atmosferik nem gibi faktörlerin neden olduğu gürültüyü de filtrelemesi gerekir, çünkü gürültü radyo dalgalarını bozabilir. Uzak teleskop tarafından yakalanan sinyalleri dalga dalga doğru bir şekilde senkronize etmek de gereklidir. Ancak, EHT tarafından toplanan verilerin hala doldurulması gereken pek çok yeri var.
Zamanlar kahraman yapar.
Katie Bouman o sırada MIT'de Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka alanında yüksek lisans öğrencisiydi. EHT ağı aracılığıyla toplanan verileri bir araya getirmek için yeni bir algoritma önerdi. Bu algoritma nihayet bu eşsiz fotoğrafın çekilmesine yardımcı oldu: süper kütleli siyah öğrenci ve M87 galaksisinin merkezindeki gölgesi.
Bouman algoritmayı önerdikten sonra, EHT görüntüsünün bir tür teknik arıza veya talihsizlikten kaynaklanmadığından emin olmak için dikkatlice tasarlanmış bir dizi test gerçekleştirildi. Bir aşamada bu, işbirliğini dört ayrı takıma bölmeyi içerir. Bu ekipler, bulgularından emin olana kadar verilerin bağımsız analizini ödüllendirir.
Daha önce de belirtildiği gibi, EHT tarafından toplanan verilerde hala birçok boşluk var Bouman'ın algoritması ve diğer birkaç algoritmanın kullanıldığı yer burasıdır. Bouman algoritmasını kullanarak, araştırmacılar görüntüleri birleştirmek için üç komut dosyası kodu ardışık düzeni oluşturdu.
Araştırmacılar, teleskopun ürettiği "seyrek ve gürültülü verileri" toplayarak görsel bir görüntüye dönüştürmeye çalıştılar. Bouman, geçtiğimiz birkaç yılda görüntülerin doğrulanmasına ve görüntüleme parametrelerinin seçimine rehberlik etti.
Bouman CNN'e şunları söyledi: "Bir görüntüye geri yüklenip yüklenemeyeceğini görmek için kör testler için farklı algoritmalar kullanarak sentetik veri üretme yöntemi geliştirdik. Sadece bir algoritma geliştirmek istemiyoruz. Birçok farklı algoritma geliştirmek istiyoruz, bu algoritmalar Hepsinin farklı varsayımları var. Hepsi aynı genel yapıyı geri yüklerse, o zaman kendimize güveniyoruz. "
Massachusetts Institute of Technology'nin Haystack Gözlemevi'nde araştırmacı bilim adamı olan Vincent Fish, bir keresinde Bouman hakkında şu yorumu yaptı: " Bouman, görüntüleme ekibinin ruhudur. "Bouman'ın görüntüleme ekibimize getirdiği bilgilerden biri, Doğal görüntüler var. Telefonunuzla çektiğiniz fotoğrafları düşünün, bunların belirli özellikleri var ... Bir pikselin ne olduğunu biliyorsanız, yanındaki pikselin ne olduğunu tahmin edebilirsiniz. "Örneğin, bazı alanlar daha pürüzsüzken bazı alanlarda daha keskin sınırlar var. Fish, astronomik görüntülerin böyle olduğunu ancak bu özellikleri matematiksel olarak kodlayabileceğinizi söyledi.
"Bouman gibi genç araştırmacılar bu projeye önemli katkılarda bulundular. Tabii ki, bu projeye dahil olan kıdemli bilim adamları da var. Ancak görüntüleme kısmı esas olarak lisansüstü öğrenciler ve doktora sonrası araştırmacılar gibi genç araştırmacılar tarafından yönetiliyor."
Bouman ayrıca şunları söyledi: "Hiçbirimiz bunu tek başımıza yapamayız, çünkü farklı geçmişlere sahip o kadar çok insan var ki bir araya geldiğimiz."
Bouman bir keresinde TEDx'te "Kara Delik Fotoğrafı Nasıl Çekilir" dersi verdi. Bu dersi ziyaret edebilirsiniz:
https://www.ted.com/talks/katie_bouman_what_does_a_black_hole_look_like/
Bu konuşmada Bouman, "seyrek ve gürültülü verilerdeki resimleri yamamak" için algoritmalar kullanmanın zorluğunu tartıştı.
Büyük teleskoplar tarafından toplanan verilerin birlikte "hecelenmesine" izin veren, önerdiği algoritmadır ve bu, ilk insan kara delik fotoğrafına yol açmıştır.
Algoritma önerildiğinde, Massachusetts Institute of Technology'de Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka alanında yüksek lisans öğrencisiydi ve bu yıl 29 yaşında ve California Teknoloji Enstitüsü'nde yardımcı doçent. Araştırmaları, disiplinler arası görüntülemenin sınırlarını aşmak için ortaya çıkan hesaplama yöntemlerini kullanmaya odaklanıyor.
Bouman kimdir?
Boumanın kişisel web sayfasında özgeçmişi, hobilerinin arasında bilgisayar grafikleri, bilgisayar fotoğrafçılığı, bilgisayarla görme, görüntü ve video işleme, ters problemler ve makine öğrenimi olduğunu gösteriyor. Eğitim, kişisel araştırma ve staj deneyimi de çok zengin, bu da insanların içini çekiyor. , Genius gerçekten bir gecede büyümez.
Eğitim arkaplanı:
- Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi, Cambridge, Massachusetts, ABD, 2017-2019, doktora sonrası araştırmacı
- Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Doktora, Beyin ve Bilişsel Bilimlerde Yan Dal, 2011-2017
- Tez: "Fiziksel model ters çevirme yoluyla olağanüstü görüntüleme: köşeleri ve kara delik görüntülemesini görme"
- Danışman: William Freeman
- Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Yüksek Lisansı, 2011-2013
- Tez: "Kumaşların malzeme özelliklerinin hareketi gözlemleyerek tahmin edilmesi"
- Danışman: William Freeman
- Michigan Üniversitesi, Elektrik Mühendisliği Lisansı, Matematik Yan Dal, 2007-2011
- Massachusetts Institute of Technology'den Ernst A. Guillemin EE En İyi Yüksek Lisans Tezi Ödülü'nü kazandı (ikincilik)
- NSF Yüksek Lisans Bursu
- Irwin ve Joan Jacobs Başkanlık Bursu
Birçok ödül
Çalışmalar ve araştırma deneyimi:
- Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi 2017-günümüz
- Event Horizon Horizon Teleskobu'nun doktora sonrası projesi
- Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, CSAIL 2011-2017
- Dr. William Freeman'a Yüksek Lisans Araştırma Görevlisi
- Microsoft Research, Yaz 2014
- Dr. Neel Joshi'nin danışmanlığında yaz araştırma stajyeri
- Microsoft Araştırması, 2012
- Yaz araştırma stajyeri, Dr. Ce Liu tarafından denetleniyor
- MIT Lincoln Laboratuvarı, Yaz 2011
- Yaz araştırma stajyeri, danışmanlığında Dr. Nadya Bliss ve Karl Ni
- Qualcomm, 2010 yazı
- Yaz araştırma stajyeri, Dr. Sergio Goma tarafından yönetiliyor
Ayrıca birçok konferans yayını ve dergi makalesi de var. Hepsini burada listelemeyeceğim. Ekran görüntüsünü alın ve hissedin:
Bilgisayar bilimi tarihindeki kadınlar
Katie Bouman'ın başarıları, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk kızı Ivanka Trump'ın övgüsünü bile aldı:
Google da çok uygun, Google Doodle (Google doodles) bir kara deliğin animasyonu haline geldi.
"Mao Zedong'un Alıntıları" nda "kadınlar gökyüzünün yarısını tutabilir" diye ünlü bir alıntı var. Bilgisayar bilimi tarihinde, gerçekte hala bilinmeyen çok sayıda seçkin kadın vardır, ancak çeşitli nedenlerle bilim camiasına olağanüstü katkılarda bulunan kadınlar, sessizce dünya bilim tarihinde tarihin tozuna gömülmüş küçük dipnotlar haline gelmiştir. , Çok az insan bilir.
Ancak, 50 yıl önceki Apollo ayına iniş projesinin arkasındaki kadın kahraman da dahil olmak üzere bazı kadın bilim adamlarının ışığı engellenemez: astronotları aya göndermek ve Dünya'ya sorunsuz bir şekilde geri dönmek için kod yazan yazılım mühendisliği annesi Margaret Hamilton. Margaret Hamilton, katıldığı 60'tan fazla proje ve 6 ana konuyu kapsayan 130'dan fazla makale, konferans tutanağı ve rapor yayınladı.
Margaret Hamilton, sistem tasarımı, yazılım geliştirme, proje ve süreç modelleme, geliştirme modelleri, resmi sistem modelleme dilleri, yazılım kullanılabilirliği ve yeniden kullanılabilirlik maksimizasyonu gibi alanlarda birçok yenilik elde etti. Ayrıca, tek adımlı yazılım da yarattı. Öncelik tahsisi gibi yeni kavramlar.
(Soldaki resim, Kaite Bouman; Sağdaki resim: Margaret Hamilton)
Bazı netizenler, soldaki Bouman'ın, sağdaki Margatret Hamilton'un ikonik 1969 fotoğrafını anımsatan sabit disk verileriyle dolu bir masanın yanında durduğunu söylediler. .
Afrikalı-Amerikalı bir kadın olan Katherine Johnson, uzaya giren ilk Amerikan roketinin yörüngesini hesapladı. NASA'da uzun süre hesap makinesi olarak hizmet vermiştir. Bilgisayarların henüz mevcut olmadığı çağda görevi uzay navigasyonu için parametreleri hesaplamaktı. NASA'nın Mercury programı ve Apollo aya iniş programı gibi en ünlü uzay keşif programlarında yer alıyor.Bu görevlerin başarısı kesin hesaplamalarından ayrılamaz. 1962'de, Dünya'nın yörüngesine giren ilk Amerikan astronotu John Glenn, NASA'nın Dünya'nın yörüngesine giren ilk uzay görevinde yörüngeyi ilk kez hesaplamak için bir bilgisayar kullandı, ancak sonuca inanmadı. Tanrı: "Sorun olmadığını söylerse hazır olacağım!" NASA'nın onun sonu için yazdığı biyografi şöyle:
"Siz olmasaydınız, NASA bugün olduğu gibi olmazdı."
Bu makaleyi bitirmek için NASA'yı taklit edelim ve dünyanın her yerinden kadın mühendislere ve kadın bilim insanlarına şunu söyleyelim:
" Siz olmasaydınız dünya bugün olduğu gibi olmazdı. "
