Chris Anderson: Shep, thank you so much for coming. I think your plane landed literally two hours ago in Vancouver. Such a treat to have you. So, talk us through how do you get from Einstein's equation to a black hole?
کریس آندرسن: شفرد، خیلی متشکریم که پیش ما آمدی. فکرکنم پروازت دقیقاً دو ساعت پیش در ونکوور فرود آمد. افتخار بزرگیه که تو را اینجا داریم. خب، در مورد استنتاج به سیاهچاله از معادله اینشتین به ما بگو.
Sheperd Doeleman: Over 100 years ago, Einstein came up with this geometric theory of gravity which deforms space-time. So, matter deforms space-time, and then space-time tells matter in turn how to move around it. And you can get enough matter into a small enough region that it punctures space-time, and that even light can't escape, the force of gravity keeps even light inside.
شِفرد دولِمان: بیش از یک قرن پیش بود که اینشتین به نظریهای هندسی برای گرانش(نسبیت عام) رسید که فضا-زمان را خم میکرد. یعنی ماده ساختار فضا-زمان را انحنا میدهد و صفحه فضا-زمان به نوبه خود، مواد را به چرخیدن دورش دیکته میکند. و اگر به اندازه کافی ماده در فضای کوچکِ معینی فشرده کنید ساختار فضا-زمان را سوراخ میکند، بطوریکه حتی نور توانایی گریز از آن را ندارد، یعنی نیروی گرانشی حتی نور را درونش نگه میدارد.
CA: And so, before that, the reason the Earth moves around the Sun is not because the Sun is pulling the Earth as we think, but it's literally changed the shape of space so that we just sort of fall around the Sun.
کریس: قبل از رسیدن به آن قسمت، دلیل اصلی چرخش زمین بهدور خورشید نیرو وارد کردن خورشید به زمین آنطوری نیست که قبلاً تصورمیشد، بلکه تغییرشکل فضا است که به بیانی باعث سقوط ما در اطراف خورشید میشود.
SD: Exactly, the geometry of space-time tells the Earth how to move around the Sun. You're almost seeing a black hole puncture through space-time, and when it goes so deeply in, then there's a point at which light orbits the black hole.
شفرد: دقیقاً، هندسه فضا-زمان، چگونگی گردش زمین به دور خورشید را تعیین میکند. شما الان چگونگی سوراخ شدن فضا-زمان توسط سیاهچاله را میبینید، و وقتی بسیار عمیق شود به جایی میرسد که نور به دورسیاهچاله میچرخد.
CA: And so that's, I guess, is what's happening here. This is not an image, this is a computer simulation of what we always thought, like, the event horizon around the black hole.
کریس: پس فکر کنم این چیزی است که اتفاق میافتد: این یک عکس نیست، بلکه شبیهسازی کامپیوتری از چیزیست که همیشه در مورد افق رویداد اطراف سیاهچاله فکرش را میکردیم.
SD: Until last week, we had no idea what a black hole really looked like. The best we could do were simulations like this in supercomputers, but even here you see this ring of light, which is the orbit of photons. That's where photons literally move around the black hole, and around that is this hot gas that's drawn to the black hole, and it's hot because of friction. All this gas is trying to get into a very small volume, so it heats up.
شفرد: تا هفته پیش هیچ ایدهای در مورد شکل یک سیاهچاله نداشتیم. نهایت تلاشمان معطوف به شبیهسازیهایی اینچنین در ابررایانهها میشد، اما حتی اینجا هم شما میتوانید حلقه نور را ببینید که مدار فوتون ها است. یعنی محلی است که فوتونها به دور سیاهچاله درحرکت هستند و در اطراف آن گازهای داغی است که به درون سیاهچاله کشیده میشوند و داغی آنها بخاطر اصطکاکشان است. همه این گازها در حال فشرده شدن هستند پس گرم میشوند.
CA: A few years ago, you embarked on this mission to try and actually image one of these things. And I guess you took -- you focused on this galaxy way out there. Tell us about this galaxy.
کریس: پس چند سال قبل، به این ماموریت ملحق شدی تا تلاش کنی یکی از اینها را به تصویر بکشی. و حدس میزنم تو -- روی این کهکشان که آنجاست تمرکز کردید. در مورد این کهکشان برایمان بگو.
SD: This is the galaxy -- we're going to zoom into the galaxy M87, it's 55 million light-years away.
شفرد: این کهکشان -- ما در حال نزدیک شدن به کهکشان M87 هستیم که ۵۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد.
CA: Fifty-five million.
کریس: ۵۵ میلیون سال نوری!
SD: Which is a long way. And at its heart, there's a six-and-a-half-billion- solar-mass black hole. That's hard for us to really fathom, right? Six and a half billion suns compressed into a single point. And it's governing some of the energetics of the center of this galaxy.
شفرد: که راه خیلی دوری است. و در قلب آن سیاهچالهای ۶.۵ میلیارد برابر جرم خورشید وجود دارد. برای ما درکش مشکل است، درسته؟ ۶.۵ میلیارد خورشید درون نقطهای فشرده شده است. و بر روی انرژیهای قسمتی از مرکز این کهکشان حکمرانی میکند.
CA: But even though that thing is so huge, because it's so far away, to actually dream of getting an image of it, that's incredibly hard. The resolution would be incredible that you need.
کریس: با اینکه بسیار بزرگ است اما بدلیل دوری بسیار زیادش عملاً رویای گرفتن عکسی از آن هم بسیار مشکل است. [برای اینکار تلسکوپ] بسیار تفکیک پذیری لازم است.
SD: Black holes are the smallest objects in the known universe. But they have these outsize effects on whole galaxies. But to see one, you would need to build a telescope as large as the Earth, because the black hole that we're looking at gives off copious radio waves. It's emitting all the time.
شفرد: سیاهچالهها کوچکترین اشیا در فضای شناخته شده هستند. اما تاثیر بسیار عظیمی روی کل کهکشان ها دارند. اما برای رصد یکیشان، به تلسکوپی به بزرگی زمین احتیاج دارید چون سیاهچالهای که به آن نگاه میکنیم کپیهای زیادی از امواج رادیویی به ما میدهد. همیشه در حال تابش است.
CA: And that's exactly what you did.
کریس: و این دقیقاً کاریست که شما انجام دادید.
SD: Exactly. What you're seeing here is we used telescopes all around the world, we synchronized them perfectly with atomic clocks, so they received the light waves from this black hole, and then we stitched all of that data together to make an image.
شفرد: چیزی که اینجا میبینید حاصل تلسکوپهایی است که درسراسرزمین استفاده کردیم و آنها را با ساعتهای اتمی کاملاً همگام کردیم آنها امواجی از این سیاهچاله را دریافت کردند و بعد ما همه دادهها را پردازش کردیم تا به شکل عکس درآیند.
CA: To do that the weather had to be right in all of those locations at the same time, so you could actually get a clear view.
کریس: برای انجام آن آبوهوا باید در تمامی مکانها بطور همزمان صاف میبود تا بتوانید دید واضح و شفافی داشته باشید.
SD: We had to get lucky in a lot of different ways. And sometimes, it's better to be lucky than good. In this case, we were both, I like to think. But light had to come from the black hole. It had to come through intergalactic space, through the Earth's atmosphere, where water vapor can absorb it, and everything worked out perfectly, the size of the Earth at that wavelength of light, one millimeter wavelength, was just right to resolve that black hole, 55 million light-years away. The universe was telling us what to do.
شفرد: از جهات زیادی هم باید خوش شانس میبودیم. بعضی وقتها شانس بهتر از بیعیب بودن است. در این مورد برای ما هر دوش بود. دوست دارم اینطوری فکر کنم. اول نور باید از سیاهچاله بتابد. سپس باید از فضای بین کهکشانی و جو زمینی رد شود که بخار آب میتواند جذبش کند، و در صورتی که همه چیز بی نقص بود: اندازه زمین در آن طول موج نور، طول موج یک میلیمتر، دقیقاً قدری بود که میتوانست سیاهچاله را در ۵۵ میلیون سال نوری به تصویر آورد. جهان به ما داشت میگفت که چه بکنیم.
CA: So you started capturing huge amounts of data. I think this is like half the data from just one telescope.
کریس: پس شما شروع به رصد حجم عظیمی از دادهها کردید. و در تصویر فقط نصف دادههای یک تلسکوپ هست.
SD: Yeah, this is one of the members of our team, Lindy Blackburn, and he's sitting with half the data recorded at the Large Millimeter Telescope, which is atop a 15,000-foot mountain in Mexico. And what he's holding there is about half a petabyte. Which, to put it in terms that we might understand, it's about 5,000 people's lifetime selfie budget.
شفرد: بله، این یکی از اعضای تیم ما، لیندی بلک برن، هست و با نصف دادههای حاصل از "تلسکوپ بزرگ میلیمتری، LMT" که بر روی کوهی در ارتفاع ۴,۶۰۰ متری در مکزیک قرار دارد، ایستاده است. دادههایی که در دست دارد حدود نصف پتا بایت است. که به زبان ساده حدوداً حجمی برابر با سلفیهای کل زندگی ۵,۰۰۰ نفر است.
(Laughter)
(خنده)
CA: It's a lot of data. So this was all shipped, you couldn't send this over the internet. All this data was shipped to one place and the massive computer effort began to try and analyze it. And you didn't really know what you were going to see coming out of this.
کریس: حجم عظیمی از دادههاست. و باید حمل میشد چراکه ارسال از طریق اینترنت امکانپذیر نبود. همه آنها به یک مکان فرستاده شد و کامپیوترهای عظیمی شروع به تلاش و تجزیه تحلیل آنها کردند. و شما واقعاً نمیدانستید که چه چیزی را از این دادهها بدست میآورید.
SD: The way this technique works that we used -- imagine taking an optical mirror and smashing it and putting all the shards in different places. The way a normal mirror works is the light rays bounce off the surface, which is perfect, and they focus in a certain point at the same time. We take all these recordings, and with atomic clock precision we align them perfectly, later in a supercomputer. And we recreate kind of an Earth-sized lens. And the only way to do that is to bring the data back by plane. You can't beat the bandwidth of a 747 filled with hard discs.
شفرد: روشی که استفاده کردیم به این شکل است -- فرض کنید آینهای را به قطعاتی خرد میکنید و تمامی خرده ریزها را در مکانهای مختلف [کرهزمین] قرار میدهید. مثل آینهای معمولی که نور از سطح ایدهآل آن بازتاب شده و در همین زمان در تقطهای معین متمرکز میگردد. ما تمامی دادههایمان را با دقت ساعت اتمی همزمان ثبت کردیم و بعداً در یک ابر رایانه همگامشان میکنیم. و یک لنز [مجازی] به اندازه زمین میسازیم. و تنها راهی که میشد انجامش داد استفاده از هواپیما برای حمل دادهها بود. هیچ پهنایباندی توانایی رقابت با بوئینگ ۷۴۷ پراز هارد دیسک را ندارد.
(Laughter)
(خنده)
CA: And so, I guess a few weeks or a few months ago, on a computer screen somewhere, this started to come into view. This moment.
کریس: خب، حدس میزنم چند هفته یا ماه پیش، صفحه کامپیوتری در جایی شروع به نشان دادن این عکس کرد. این لحظه.
SD: Well, it took a long time.
شفرد: خب، زمان زیادی برد.
CA: I mean, look at this. That was it. That was the first image.
کریس: منظورم این هست نگاه کن به این. این بود. این اولین عکس بود.
(Applause)
(تشویق حضار)
So tell us what we're really looking at there.
خب به ما بگو دقیقاً به چه چیزی نگاه میکنیم.
SD: I still love it.
کریس: هنوزم دوستش دارم.
(Laughter)
(خنده حضار)
So what you're seeing is that last orbit of photons. You're seeing Einstein's geometry laid bare. The puncture in space-time is so deep that light moves around in orbit, so that light behind the black hole, as I think we'll see soon, moves around and comes to us on these parallel lines at exactly that orbit. It turns out, that orbit is the square root of 27 times just a handful of fundamental constants. It's extraordinary when you think about it.
ما در اینجا آخرین مدار از فوتونها را میبینیم. شما در حال نظاره به محصول نسبیت عام اینشتین هستید. سوراخ درون فضا-زمان به قدری عمیق هست که نور به شکل مداری در حال چرخش است و نوری که پشت سیاهچاله، که معتقدم بزودی آن را خواهیم دید، خمی بهدور سیاهچاله برداشته و بصورت موازی باهم به سمت ما بهموازات دقیقاً همان مدار میآید. محاسبه شده که آن اندازه مدار جذر دوم ۲۷ ضربدرچند ثابت بنیادی دیگر است. شگفت انگیزه وقتی بهش فکر میکنید.
CA: When ... In my head, initially, when I thought of black holes, I'm thinking that is the event horizon, there's lots of matter and light whirling around in that shape. But it's actually more complicated than that. Well, talk us through this animation, because it's light being lensed around it.
کریس: کی ... در ذهنم وقتی به سیاهچاله میاندیشیدم فکر میکردم آن حلقه افق رویداد است که مقدار زیادی از نور و ماده در حال چرخش به آن شکل هستند. اما در واقع پیچیدهتر از آن است. در مورد این انیمیشن بگو چون بنظر میآید همچون لنز، نور از کنار آن خم میشود.
SD: You'll see here that some light from behind it gets lensed, and some light does a loop-the-loop around the entire orbit of the black hole. But when you get enough light from all this hot gas swirling around the black hole, then you wind up seeing all of these light rays come together on this screen, which is a stand-in for where you and I are. And you see the definition of this ring begin to come into shape. And that's what Einstein predicted over 100 years ago.
شفرد: میبینید که بعضی از نورهای پشت آن مثل لنز خم میشوند و بعضی از نورها حلقهای بدور مدار سیاهچاله میزنند. اما وقتی به اندازه کافی نور از گازهای گرم در حال چرخش اطراف سیاهچاله باشد شما به تصویری از نورهای موازی که باهم به صفحه میخورند که در واقع درهمان مکانی است که ما هستیم. و شما اینجا میتوانید منشاء و شکلگیری این حلقه را ببینید. و این چیزیست که اینشتین صد سال قبل پیشبینی کرده بود.
CA: Yeah, that is amazing. So tell us more about what we're actually looking at here. First of all, why is part of it brighter than the rest?
کریس: شگفت انگیزه. خب، برای ما بیشتر در مورد چیزیکه اینجا میبینیم بگو. اول از همه چرا قسمتی از آن روشنتر از بقیه است؟
SD: So what's happening is that the black hole is spinning. And you wind up with some of the gas moving towards us below and receding from us on the top. And just as the train whistle has a higher pitch when it's coming towards you, there's more energy from the gas coming towards us than going away from us. You see the bottom part brighter because the light is actually being boosted in our direction.
شفرد: آنچه اتفاق میافتد این است که سیاهچاله در حال چرخش است. شما با گازهایی در زیر که به سمت ما میآیند و گازهای بالایی که از ما دور میشوند روبرو هستید. درست مثل صدای قطار که فرکانسی بالا در زمان نزدیک شدن به شما دارد، گازهایی که به سمت ما میآیند انرژی بیشتری نسبت به آنهایی که دور میشوند دارند. پس شما قسمت پائینی را روشنتر میبینید چون آنها در جهت ما تقویت میشوند.
CA: And how physically big is that?
کریس: اندازه آن چقدر بزرگ است؟
SD: Our entire solar system would fit well within that dark region. And if I may, that dark region is the signature of the event horizon. The reason we don't see light from there, is that the light that would come to us from that place was swallowed by the event horizon. So that -- that's it.
شفرد: کل منظومه شمسی ما به خوبی درون آن منطقه تاریک جا میشود. اگر منظورم از قسمت تاریک نشانی از افق رویداد باشه. دلیلی دارد برای اینکه نوری از آنجا نمیبینیم، چون نوری که از آنجا به سمت ما میآید توسط افق رویداد بلعیده میشود. پس آن -- همین است.
CA: And so when we think of a black hole, you think of these huge rays jetting out of it, which are pointed directly in our direction. Why don't we see them?
کریس: پس وقتی در مورد سیاهچاله میاندیشیم به پرتوهایی حجیمی که از آن به بیرون فواره میشوند فکر میکنی که به سمت ما نشانه گرفته شدند. ما چرا آنها را نمیبینیم؟
SD: This is a very powerful black hole. Not by universal standards, it's still powerful, and from the north and south poles of this black hole we think that jets are coming. Now, we're too close to really see all the jet structure, but it's the base of those jets that are illuminating the space-time. And that's what's being bent around the black hole.
شفرد: این سیاهچاله بسیار قوی است. نه تنها با استاندارد جهانی که هنوز قدرتمند است، همینطور از قطبهای شمال و جنوب این سیاهچاله معتقدیم فوارههایی در حال آمدند. خب، ما خیلی نزدیک هستیم تا ساختار این فوارهها را هم ببینیم، این از بنیان آن فوارههاست که فضا-زمان را درخشان میکنند. و چیزی است که اطراف سیاهچاله خم میشود.
CA: And if you were in a spaceship whirling around that thing somehow, how long would it take to actually go around it?
کریس: خب اگر تو در سفینهای فضایی به طریقی در اطراف آن در حرکت بودی چقدر طول میکشید تا دورش بزنی؟
SD: First, I would give anything to be in that spaceship.
شفرد: اول از همه اینکه من حاضرم همه چیز بدهم تا در آن سفینه باشم.
(Laughter)
(خنده)
Sign me up. There’s something called the -- if I can get wonky for one moment -- the innermost stable circular orbit, that's the innermost orbit at which matter can move around a black hole before it spirals in. And for this black hole, it's going to be between three days and about a month.
خلاصه من را داوطلبش بنویسید. اصطلاحی است به اسم -- اگر ذهنم یاری بده -- درونیترین و پایدارترین مدار دایرهای، که درونیترین مداری است که ماده میتواند دور سیاهچاله قبل از اینکه به داخل آن مارپیچ شود، بچرخد. و در این سیاهچاله این زمان دور زدن بین سه روز تا حدوداً یک ماه است.
CA: It's so powerful, it's weirdly slow at one level. I mean, you wouldn't even notice falling into that event horizon if you were there.
کریس: بسیار قدرتمند است، در مرحلهای بهطرزِ عجیبی آهسته است. منظورم این است شما حتی متوجه کشیده شدن به داخل افق رویداد هم نمیشوید اگر آنجا باشید.
SD: So you may have heard of "spaghettification," where you fall into a black hole and the gravitational field on your feet is much stronger than on your head, so you're ripped apart. This black hole is so big that you're not going to become a spaghetti noodle. You're just going to drift right through that event horizon.
کریس: شما شاید اصطلاح "اسپاگتیشدن" را شنیده باشید. وقتی به درون سیاهچاله کشیده میشوید اثر گرانش روی پاهای شما بسیار قویتر از سر شماست بطوریکه شما از هم جدا میشوید. این سیاهچاله آنقدر بزرگ است که شما حتی به رشته اسپاگتی هم تبدیل نمیشوید بلکه مستقیماً به درون افق رویداد پودر میشوید.
CA: So, it's like a giant tornado. When Dorothy was whipped by a tornado, she ended up in Oz. Where do you end up if you fall into a black hole?
کریس: مثل گردبادی عظیم. مثل فیلم دوروتی که به گردباد برخورد کرد و خودش را در سرزمین عجایب اُز پیدا کرد. تو وقتی به سیاهچاله سقوط کنی از کجا سر در میاری؟
(Laughter)
(خنده حضار)
SD: Vancouver.
شفرد: ونکوور (اینجا)
(Laughter)
(خنده)
CA: Oh, my God.
کریس: وای خدای من.
(Applause)
(تشویق)
It's the red circle, that's terrifying. No, really.
این دایره قرمز رنگ، ترسناکه. نه، واقعاً.
SD: Black holes really are the central mystery of our age, because that's where the quantum world and the gravitational world come together. What's inside is a singularity. And that's where all the forces become unified, because gravity finally is strong enough to compete with all the other forces. But it's hidden from us, the universe has cloaked it in the ultimate invisibility cloak. So we don't know what happens in there.
شفرد: سیاهچالهها راز اصلی عصر ما هستند چون جایی هستند که دنیای کوانتوم و گرانش باهم ترکیب میشوند. درون آن چیست، تکینگی است. و آنجاست که تمامی نیروها یکی میشوند چراکه گرانش در انتها آنقدر قوی است که با بقیه نیروها رقابت کند. اما از ما پنهان است، جهان آن را درون مرواریدی کلاً نامرئی پنهان نموده است. ما نمیدانیم درون آن چه روی میدهد.
CA: So there's a smaller one of these in our own galaxy. Can we go back to our own beautiful galaxy? This is the Milky Way, this is home. And somewhere in the middle of that there's another one, which you're trying to find as well.
کریس: خب یکی از نمونههای کوچک این سیاهچالهها در کهکشان ماست. میتوانیم به کهکشان زیبای خود برگردیم؟ اینجا راهشیری است، خانه ما. و جایی در مرکز آن یکی دیگر وجود دارد که شما بهدنبال آن هم هستید.
SD: We already know it's there, and we've already taken data on it. And we're working on those data right now. So we hope to have something in the near future, I can't say when.
شفرد: ما هماکنون میدانیم آنجاست و از آن دادههایی گرفتهایم. و الان روی آن دادهها در حال کار هستیم. امیدواریم در آیندهای نزدیک چیزی از آن داشته باشیم، اما نمیتوان زمانش رو گفت.
CA: It's way closer but also a lot smaller, maybe the similar kind of size to what we saw?
کریس: به ما خیلی نزدیکتر است اما بسیار کوچکتر هم است. شاید بنظر ما در اندازه یکسان بیاد؟
SD: Right. So it turns out that the black hole in M87, that we saw before, is six and a half billion solar masses. But it's so far away that it appears a certain size. The black hole in the center of our galaxy is a thousand times less massive, but also a thousand times closer. So it looks the same angular size on the sky.
شفرد: درسته، معلوم شد سیاهچاله M87 که قبلاً دیدیم، ۶.۵ میلیارد برابر خورشید جرم دارد. اما چون خیلی دور است هم اندازه بهنظر میآید. سیاهچاله مرکز کهکشان ما هزار برابر جرم کمتری را دارد اما هزار برابر هم نزدیکتر است. پس به یک قطر زاویهای در آسمان دیده میشوند.
CA: Finally, I guess, a nod to a remarkable group of people. Who are these guys?
کریس: در پایان، بنظرم وقت قدردانی ازاین گروه درخشان است. این افراد کیستند؟
SD: So these are only some of the team. We marveled at the resonance that this image has had. If you told me that it would be above the fold in all of these newspapers, I'm not sure I would have believed you, but it was. Because this is a great mystery, and it's inspiring for us, and I hope it's inspiring to everyone. But the more important thing is that this is just a small number of the team. We're 200 people strong with 60 institutes and 20 countries and regions. If you want to build a global telescope you need a global team. And this technique that we use of linking telescopes around the world kind of effortlessly sidesteps some of the issues that divide us. And as scientists, we naturally come together to do something like this.
شفرد: اینها فقط بخشی از تیم هستند. ما درهنگام ظهور این تصویر شگفت زده شدیم. اگر به من میگفتی که این عکس بر روی تمامی این روزنامهها چاپ خواهد شد مطمئنم باورت نمیکردم، اما شد. چون رمز و راز بزرگی بود، و برای ما الهامبخش است، امیدوارم برای بقیه هم باشد. اما نکته مهمتر این است که این فقط بخش کوچکی از تیم ما هست. ما ۲۰۰ نفریم از۶۰ موسسه در ۲۰ کشور و منطقه. اگر میخواهی تلسکوپی جهانی بسازی به تیمی جهانی هم نیازمندی. و این تکنیکی که ما در اتصال تلسکوپهای سراسر جهان به همدیگر استفاده کردیم تقریبا بدون هیچ زحمتی تمامی چیزهایی که ما را جدا کرده بود کنار گذاشت. به عنوان محققین، ما بطور طبیعی دور هم جمع میشویم تا همچین کارهایی بکنیم.
CA: Wow, boy, that's inspiring for our whole team this week. Shep, thank you so much for what you did and for coming here.
کریس: او، پسر، این الهامبخش کل تیم ما در این هفته خواهد بود. شفرد، بسیار ممنونیم برای آنچه که انجام دادید و برای آمدنت به اینجا.
SD: Thank you.
شفرد: متشکرم.
(Applause)
(تشویق)