原創人類首張黑洞照片，竟是還在MIT讀書的她，3年前就開始“洗”了！
原創： Luna 頂思
人類第一張黑洞照片發佈，轟動世界。一位29歲的女科學家，緊接着也刷爆屏。因爲她主導的創新算法，才得以讓這張“黑洞”照片公佈於世。其實3年前，還在MIT讀書的她，就已經開始默默在處理半噸的觀測數據了。
影響世界的偉大成不僅靠科學家日積月累的研究，更離不開他們曾經接受的教育。那麼，我們該如何培養下一代科學家呢？
文 | Luna
編 | 田菁
2019年4月10日，北京時間21點整，全球六地同時召開發佈會，向世界展示了首張黑洞圖像，全球爲之歡呼。雖然黑洞的概念誕生已久，但這還是人類第一次觀測到真實的黑洞並獲得圖像。
當晚，一位年輕的女科學家也在自己的Facebook上發佈了一條狀態，難掩自己的激動之情。
圖片來自MIT CSAIL推特
“真不可思議，我正在看我的第一張黑洞圖像被一點點還原出來。”
照片上的這位小姐姐名叫凱瑟琳·伯曼（Katherine Bouman），是一位成像科學領域的科學家。而她電腦上的圖片，正是發佈會上公佈的那張黑洞圖像。
圖片來自MIT CSAIL推特
MIT計算機科學與人工智能實驗室發佈消息稱，早在3年前，凱瑟琳就參與到了EHT項目中。
據外媒報道，凱瑟琳在2013年和2017年獲得麻省理工學院電氣工程和計算機科學的碩士和博士學位。今年29歲的她已經成爲了美國加州理工學院計算機與數學科學系的助理教授。
在和天文學家舍普·多爾曼（事件視界望遠鏡項目導師）接觸前，凱瑟琳一心放在圖像合成的研究上，對天文學幾乎一無所知，但她對描繪看不見的事物有着濃厚的興趣。在某次會議上，聽完舍普·多爾曼所說的觀測黑洞項目，她覺得合成黑洞圖像簡直就是她課題的不二之選。
於是，她便加入了EHT項目，爲了合成這寶貴的第一張圖像而默默努力。
拍攝黑洞就好像在地球拍攝月球上的一顆柚子，只不過是用射電望遠鏡。
要還原黑洞的圖像絕非易事，主要難點在於望遠鏡口徑太小和收集到的數據會受到大氣干擾。
最終，事件視界望遠鏡（EHT）項目組利用分散在全球的八臺望遠鏡組成了半個地球大小的“虛擬”望遠鏡，解決了前一個問題。
而凱瑟琳創新地提出用三臺望遠鏡的數據相乘，抵消大氣中水汽的干擾。這套基於機器學習的全新算法被稱作CHIRP（Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors），彌補了各個望遠鏡數據的不足，使獲得高質量的黑洞圖像成爲可能，真正解決了後一個問題。
而主導算法開發時，凱瑟琳還只是麻省理工的學生。
2017年，望遠鏡獲得的龐大的觀測數據被放進半噸的硬盤中。這些硬盤又被空運到MIT，經過整整兩年，最終被還原成一張黑洞的圖像。
圖片來自MIT CSAIL推特
“這只是個開始，我們還能打開下一扇窗戶去觀測黑洞和發展物理學。”
凱瑟琳在發佈會後，如此說道。
這位年輕的女性科學家能夠獲得如此驚人的成就和她接受的教育是分不開的。除了密歇根和麻省理工這樣的頂尖高校，她曾就讀的西拉法葉中學（West Lafayette Junior-Senior High School）也十分出色。2012年，在《美國新聞與世界報道》和《新聞週刊》的印第安納州最佳公立高中排名中，西拉法葉中學分別位列第二和第四。
這所學校位於美國公立常春藤普渡大學旁邊，凱瑟琳的父親就是普渡大學教授，相信也從小爲凱瑟琳創造了很好的科研學習氛圍。
回顧華盛頓場的發佈會，現場提問環節也出現了兩位高中生的身影，她們分別來自威廉姆斯高中（T.C. Williams High School）和威克菲爾德高中（Wakefield High School）。
當大部分人還沉浸於首次發現黑洞的驚異中時，這些學校就已經給到孩子們這麼好的機會，參與到影響世界的科學研究了。
無獨有偶，還有一所學校更是希望用全新的方法，培養未來能夠改變世界的孩子。這就是Ad Astra學校。
Ad Astra School學校網站
Ad Astra的創始人之一是埃隆·馬斯克，他是特斯拉和SpaceX的CEO。Ad Astra的名字也延續了他的太空情懷，意思是走向羣星（to the stars）。這也契合了學校所屬的坎福德希思教育聯盟（TEACH）的願景——通過培養學習興趣，最大限度地開發孩子們生命的可能性。
圖片來自TEACH
“我並沒有看到傳統學校起到自己應有的作用。”
這是馬斯克對傳統教育的詬病，也是Ad Astra學校採用顛覆傳統教育模式的原因。
在Ad Astra，不同年齡的孩子混合在一起，進行個性化教學。這裏的孩子們不用學習語言，沒有家庭作業，但他們要在課堂上通過辯論、實踐和探索來學習知識。自主查閱資料、動手實踐、上臺演講並接受臺下的及時反饋都是Ad Astra課堂上常見的場景。
這從入學測試題就可見一斑。有一道關於星球移民的題就要求孩子從安全性、資源和發展三個方面評估目標星球。
Ad Astra的教學有兩大原則，一是教授適合孩子的技能和能力，二是培養孩子通過關注問本身來解決問題，而不是專注於工具。就像馬斯克說的，如果你想教別人使用發動機，最好的辦法是拆解一臺發動機並學習相關的知識，而不是從螺絲刀和扳手開始，學習所謂的全套課程。
另一個Ad Astra十分關注的領域是道德和倫理。Ad Astra給孩子們準備的問題中有一些模擬項目看起來似乎非常憤世嫉俗。例如，如何分配爲排放污水的化工廠工作的人員的責任。這種模擬事件看起來似乎沒有價值，但Ad Astra相信，隨着孩子年齡增長，他們能夠學會在困難時刻也能做出最好的決定。
千里之行，始於足下。我們今天看到全球科學家的偉大成就，都建立在他們過去接受的教育的基礎上。
而Ad Astra這樣開創性的新型教育更是將目光放得更遠，在我們還在仰望星空時，早已跳出既有的教育框架，爲“移民星球”培養人才。
也許在不久的將來，我們能在這羣孩子中，看到下一個改變世界的偉大創舉。
參考資料：
MIT News: http://news.mit.edu/2016/method-image-black-holes-0606
The Washington Post:
https://www.washingtonpost.com/science/2019/04/10/algorithms-gave-us-black-hole-pic-this-scientist-helped-create-them/?noredirect=on&utm_term=.18cd53401b5a
