Katie Bouman e l'algoritmo che ha decifrato uno dei più grandi enigmi dell'universo

Katie Bouman ha ideato l'algoritmo che ha reso possibile la ricostruzione della prima immagine reale di un buco nero

Ieri, una buona parte del mondo era in attesa e persino stupita dalla notizia della prima immagine di un buco nero, senza dubbio uno dei fenomeni più enigmatici di tutto ciò che accade nel cosmo. Come abbiamo detto nella rispettiva nota, approssimativamente, i buchi neri sono aree dello spazio-tempo in cui la forza gravitazionale è così intensa che nessuna particella sfugge alla sua attrazione, portando al suo vortice anche le particelle più elementari o fotoni del che è reso la luce. Da qui il suo nome, a causa del luogo in cui si trova non c'è altro che oscurità e vuoto.

Con queste caratteristiche, tra l'altro, fino a ieri era impossibile per l'essere umano ottenere un'immagine affidabile di detto fenomeno. Tuttavia, grazie allo sforzo di diverse agenzie e osservatori spaziali riuniti nel progetto Event Horizon Telescope (EHT), ieri è stato possibile pubblicizzare questa immagine, che ora è diventata storica.

In breve, il progetto Event Horizon Telescope consisteva nel coordinare le azioni di otto telescopi radiali in diverse parti del pianeta (principalmente nelle Americhe, più uno in Spagna, un altro nelle Hawaii e un altro nel Polo Sud) per ottenere un telescopio virtuale delle dimensioni del nostro pianeta e, quindi, molto più potente ed efficace. Per mezzo di una tecnica nota come interferometria, è stato possibile combinare i segnali radio ottenuti in dette strutture per ottenere un'immagine molto più affidabile e accurata dell'obiettivo in questione, in questo caso il buco nero supermassiccio rilevato nella costellazione del Sagittario A, 25 mila 640 anni luce di distanza dalla Terra.

A questo punto potrebbe valere la pena chiarire che le informazioni ottenute negli osservatori allegati all'EHT non sono immagini visive come quelle che osserviamo attraverso un telescopio, ma segnali radio emessi dai diversi corpi e fenomeni trovati nell'universo e che è possibile rilevare grazie alle antenne progettate per questo scopo. Queste antenne quindi non ottengono un'immagine in quanto tale, ma informazioni che sono quindi necessarie per ricostruire per ottenere un'immagine adatta alla nostra percezione.

Detto questo, il progetto EHT può sembrare più comprensibile. Aggiungendo i segnali ottenuti non da uno o due telescopi radiali ma da otto, sembra logico che al momento della ricostruzione delle informazioni ricevute, si ottenga un'immagine molto più nitida di ciò che si osserva. Questo, almeno in teoria.

Ma come reinterpretare e ricostruire informazioni di questo tipo oggi? In effetti, in un certo modo e sebbene su una scala molto diversa, ciò accade ogni giorno davanti ai nostri occhi, e in effetti, è andato avanti per diversi decenni. Le immagini che vediamo in televisione o, ai nostri tempi, sugli schermi dei nostri telefoni e dei nostri computer esistono in quella forma solo una volta che hanno attraversato diverse macchine che hanno codificato e decodificato le loro informazioni più volte fino a quando non sono leggibili per noi. Informazioni che ora ci sembrano quotidiane come una fotografia su Facebook, un messaggio vocale o il capitolo della nostra serie preferita vengono da noi dopo essere state trasformate più volte in informazioni elementari in grado di spostarsi da un punto all'altro del pianeta e Acquisire la sua forma originale dove sono richiesti.

La chiave di tale ricostruzione sta negli algoritmi, la base dei sistemi informatici che prendono quel nome per il semplice fatto che calcolano i dati. Quando l'essere umano è stato in grado di ridurre alcune forme delle sue informazioni a due alternative elementari - sì o no, 0 o 1, acceso o spento - questo ha dato ai computer la possibilità di trattare i processi la cui principale caratteristica è la ripetizione. Se un'operazione è ripetitiva e le sue opzioni di azione sono 0 o 1, è possibile esprimerla sotto forma di un algoritmo che a sua volta può essere interpretato da una macchina. I linguaggi di programmazione non sono altro che l'espressione in un vocabolario specifico e la sintassi delle istruzioni che una macchina deve seguire.

Nel caso del progetto EHT e delle informazioni raccolte dagli osservatori partecipanti, il trattamento che ha portato alla sua interpretazione ha richiesto un algoritmo. E questo è stato il lavoro di una giovane scienziata di 29 anni il cui nome, appunto, ha fatto il giro del mondo, insieme all'immagine che con la sua ingegnosità è stata possibile ottenere: Katie Bouman.

Come studente di informatica presso il prestigioso Massachusetts Institute of Technology (MIT), Bouman era responsabile del pezzo del progetto che ha sviluppato l'algoritmo che ha permesso la ricostruzione dell'immagine del buco nero dalle onde della radio ottenuta dall'EHT. Qualche anno fa, in un articolo del 2016, la giovane donna disse delle difficoltà di questo progetto che ottenere un'immagine di questo fenomeno era un po ', a causa della distanza alla quale si trova, come voler fotografare un'uva sulla superficie della Luna . Per quanto riguarda il modello matematico utilizzato, è stato detto quindi:

[...] Il modello potrebbe essere pensato come un foglio di gomma coperto da coni spaziati regolarmente, le cui altezze variano, ma le cui basi hanno lo stesso diametro.

Adattare il modello ai dati interferometrici è una questione di regolazione delle altezze dei coni, che potrebbe essere zero per sezioni lunghe, corrispondenti a un foglio piatto. Tradurre il modello in un'immagine visiva è come coprirlo con un involucro di plastica: la plastica si irrigidirà tra i picchi vicini, ma si inclinerà lungo i lati dei coni adiacenti alle regioni piatte. L'altitudine dell'involucro di plastica corrisponde alla luminosità dell'immagine. Poiché quell'altitudine varia continuamente, il modello mantiene la naturale continuità dell'immagine.

Come ulteriore fatto, una delle immagini più peculiari di Bouman che sono circolate nelle ultime ore, in cui viene felicemente osservato accanto ad alcuni oggetti metallici che non sono altro che dischi rigidi, batterie e batterie per dischi rigidi che non contenevano altro che le informazioni ottenute dai telescopi EHT, che erano così tante (5 pentabyte, quasi 2 mila dischi rigidi da 1 terabyte ciascuno) che invece di trasmetterle su Internet era molto più pratico trasportarlo fisicamente. Quello era il volume di informazioni trattate dall'algoritmo di Bouman.

Oltre alla storia di successo o all'ispirazione che possiamo vedere nella traiettoria di Bouman, questo caso può anche aiutarci a mostrare perché gli algoritmi hanno conquistato aree importanti della nostra vita attuale, poiché spesso offrono prove che, come già Descartes ha detto nel suo Discorso sul metodo, non esiste un compito impossibile, per quanto complesso possa sembrare, se siamo in grado di dividerlo in trame accessibili e realizzabili usando la nostra ragione e la nostra conoscenza.

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