Die staubigen Bereiche, in die Teleskope mit sichtbarem Licht nicht eindringen können, werden durch die Infrarotansichten des HAWK-I-Instruments von ESO sichtbar. Sie zeigen die Orte neuer und zukünftiger Sternentstehung, an denen der Staub am dichtesten ist. Bildnachweis: ESO / H. Drass et al.

5 wichtige Lektionen, die Wissenschaftler lernen, um das Leben aller zu verbessern

Wissenschaft mag eines der komplexesten menschlichen Bestrebungen sein, aber die Lektionen, die sie lehrt, können weit außerhalb der Wissenschaft angewendet werden.

"Ich ziehe die schärfste Kritik an einem einzelnen intelligenten Mann der gedankenlosen Zustimmung der Massen vor." -Johannes Kepler

Wissenschaftliche Durchbrüche mögen selten sein, aber sie finden niemals in einem intellektuellen Vakuum statt. Newtons Erkenntnis, dass er auf den Schultern von Riesen stand, war noch nie so wahr wie heute, wo die Titanen der Vergangenheit den Grundstein für unseren heutigen Standpunkt gelegt haben. Die Geschichte der Wissenschaft ist jedoch nicht nur eine einfache Linie voller Fortschritte, sondern eine mäandrierende Reihe von Pfaden, die sich kreuzen, zurückschleifen, Sackgassen und mehr. Hin und wieder führt Sie eine neue Reise auf einem Pfad zu einem brandneuen Ziel. Wenn Sie verstehen, wo Sie sich befinden und wie Sie dorthin gekommen sind, ist die Belohnung eine brandneue Entdeckung.

Die Entwicklung der großräumigen Struktur im Universum von einem frühen, einheitlichen Zustand zu einem Cluster-Universum, das wir heute kennen. Bildnachweis: Angulo et al. 2008 über die Durham University.

Die meisten von uns werden keine Wissenschaftler, und die meisten von uns werden niemals eine weltverändernde Entdeckung der Größenordnung von Albert Einstein, Charles Darwin, Barbara McClintock oder Edwin Hubble machen. Aber die großen Fortschritte der Vergangenheit bieten nicht nur Unterricht für Wissenschaftler. Wenn wir uns ansehen, wie sie entstanden sind, welcher Zusammenfluss von Ereignissen und Fehlstarts sie ermöglicht hat und wie diese brillanten (und manchmal sehr, sehr glücklichen) Köpfe die relevanten Teile zusammenfügen, können wir einige sehr wertvolle Lektionen lernen, die für zutreffen jedes unserer Leben. Es braucht keinen Raketenwissenschaftler, um diese fünf unglaublich wertvollen Lektionen zu nutzen.

Der darwinistische Mechanismus für die Evolution hängt von Mutation und natürlicher Selektion ab und kann im Laufe der Zeit zu neuen Arten führen, die von einem einzigen gemeinsamen Vorfahren stammen. Bildnachweis: Elembis von Wikimedia Commons.

1. Die meisten neuen Ideen erweisen sich als falsch, aber es lohnt sich trotzdem, sie zu verfolgen. Sie dürfen sich nicht schämen, falsch zu liegen. Es ist eines der schwierigsten Dinge zu lernen, besonders in einer Gesellschaft, die Wert darauf legt, so hoch richtig zu liegen. Doch niemand betritt ein wissenschaftliches Gebiet und weiß, wie das alles funktioniert, und selbst wenn Sie alles so gut wissen wie jeder Lebende, sind gute Ideen immer noch eine Seltenheit. Die Tatsache, dass sich lebende Organismen, die diesen Planeten bevölkern, im Laufe der Zeit verändern, ist offensichtlich, aber der Mechanismus dieser Veränderungen wurde jahrhundertelang heiß diskutiert, und es gibt heute noch Debatten über die Feinheiten dieser Mechanismen.

Aber das Wichtigste, was Darwin erlaubte, seinen Mechanismus über Biodiversität, Mutation und natürliche Selektion aufzudecken, waren die Beweise und Ideen, die vorher und gleichzeitig mit seinen eigenen kamen. Die Werke von Georges Cuvier, Jean-Baptiste Lamarck, Alfred Wallace und anderen waren alle bekannt und einflussreich und stellten überprüfbare Hypothesen für Mechanismen auf, nach denen die Evolution funktionieren könnte. Durch die auf den Galapagos-Inseln gesammelten Beweise wurden Darwins (und Wallaces) Ideen zur führenden Theorie, aber ohne die Arbeit der anderen brillanten Wissenschaftler, deren Ideen sich als falsch herausstellten, könnte die Evolution, wie wir sie kennen, niemals so gut verstanden werden.

Die Erde und die Sonne, nicht so verschieden von dem, wie sie vor 4 Milliarden Jahren erschienen sein könnten. Bildnachweis: NASA / Terry Virts.

2. Das Problem richtig einzurichten ist oft schwieriger als es zu lösen. Wenn Sie ein mathematisches Problem in der Schule lösen, müssen Sie häufig nur die arithmetischen, algebraischen oder geometrischen Schritte kennen, um zur Lösung zu gelangen. In der realen Welt sind Systeme jedoch chaotisch und komplex. In der Lage zu sein, sich durch das Problem zu pflügen, ist der einfache Teil, aber in der Lage zu sein, die irrelevanten Teile des Problems zu den Schlüsselfaktoren zu entfernen, ist der schwierige Teil. Wenn wir genau wissen wollen, wie sich die Gravitation auf die Erde auswirkt, müssen wir die Positionen und Massen aller Teilchen im Universum kennen, um diese Berechnung durchzuführen, und dann die Anziehungskraft zwischen allen berechnen. Es ist eine absurde Vorstellung, da es einen Computer erfordern würde, der so leistungsfähig ist wie das Universum selbst. Mit anderen Worten, es ist praktisch unmöglich, zu einer genauen Lösung zu gelangen.

Indem wir jedoch die Erde als ein einzelnes Objekt ihrer gemessenen Masse und ihres gemessenen Volumens und die anderen relevanten Massen - die Sonne, die Planeten, den Mond, die Galaxie, den Rest des Universums - modellieren, können wir gegebenenfalls zu einer Lösung gelangen leicht. Der Schlüssel besteht nicht darin, den Weg zu einer Lösung brutal zu erzwingen, sondern die relevanten Mitwirkenden zu dem Aspekt zu identifizieren, den Sie messen möchten, und den Rest hinter sich zu lassen. Für Gezeiten brauchen wir nur den Mond, die Sonne und die Ozeane der Erde; Für die Bewegung der Erde um die Sonne brauchen wir die allgemeine Relativitätstheorie und alle Planeten. Für die Bewegung der Erde durch das Universum brauchen wir die Sonne, die Galaxie und die Geschwindigkeit der lokalen Gruppe. Das Problem einzurichten ist der schwierige Teil. Sobald Sie wissen, wie das geht, können Sie eine praktische Lösung finden.

Das Gravitationsverhalten der Erde um die Sonne beruht nicht auf einer unsichtbaren Gravitationskraft, sondern wird besser dadurch beschrieben, dass die Erde frei durch den von der Sonne dominierten gekrümmten Raum fällt. Bildnachweis: LIGO / T. Pyle.

3. Um einen großen Fortschritt zu erzielen, müssen Sie normalerweise Ihre Annahmen in Frage stellen. Newtons Gravitationsgesetz war das unbestrittene Gesetz, das das Universum jahrhundertelang regierte, als Einstein dazukam. Es war jedoch Einsteins Fähigkeit, sich ein „Was wäre wenn“ -Universum vorzustellen, in dem Newtons Schwerkraft grundlegend falsch war, und nur eine Annäherung an das tatsächliche Universum. Viele Modelle der alternativen Schwerkraft waren im Laufe der Jahre entwickelt worden, nur um auf der Strecke zu bleiben, als Newton triumphierte. Es gab jedoch mathematische Alternativen zum flachen, dreidimensionalen euklidischen Raum, und die allgemein akzeptierte Tatsache, dass das Universum auf diese Weise war, blieb eine unbewiesene Annahme.

Durch die Behandlung der Raumzeit als vierdimensionales Gewebe, das durch die Anwesenheit von Materie und Energie verzerrt wurde, gelang es Einstein mit Hilfe einer Reihe von Mathematikern und anderen Physikern, zur Allgemeinen Relativitätstheorie zu gelangen. Dazu musste er eine Reihe unausgesprochener Annahmen verwerfen: Dieser Raum war fest und absolut, diese Zeit verging für alle gleich schnell, und Uhren an verschiedenen Orten konnten jemals perfekt synchronisiert werden. Wenn Sie die Allgemeine Relativitätstheorie nicht selbst studieren, hören Sie selten von Wissenschaftlern wie Hermann Minkowski, Simon Newcomb, Hendrik Lorentz, Bernhard Riemann, Marcel Grossman oder Henri Poincare, aber alle haben unglaubliche Beiträge dazu geleistet, dass Einstein diese Newtonschen Annahmen überwunden hat. Damit revolutionierte er unser Bild vom Universum.

Keplers platonisches Festkörpermodell des Sonnensystems aus Mysterium Cosmographicum (1596). Bildnachweis: Johannes Kepler.

4. Wenn Sie Ihrer Intuition folgen, kommen Sie nie so weit wie Sie es können. Eine schöne, kraftvolle und überzeugende Theorie zu entwickeln, ist der Traum vieler Wissenschaftler weltweit, und das schon seit langem. Als Copernicus sein heliozentrisches Modell vorstellte, war es für viele attraktiv, aber seine kreisförmigen Umlaufbahnen konnten die Beobachtungen der Planeten sowie die Epizyklen von Ptolemäus - so hässlich sie auch waren - nicht erklären. Etwa 50 Jahre später baute Johannes Kepler auf Copernicus 'Idee auf und brachte sein Mysterium Cosmographicum heraus: eine Reihe verschachtelter Kugeln, deren Verhältnisse die Umlaufbahnen der Planeten erklären könnten. Außer, dass die Daten nicht richtig passten. Als er rechnete, summierten sich die Zahlen nicht.

Aber was zu den Zahlen beitrug, war die Verwendung von Ellipsen anstelle von Kreisen. Die Tatsache, dass Kepler tatsächlich rechnete, warf seine Vorstellung von Kreisen, verschachtelten Kugeln und perfekter Geometrie weg, um sie durch „hässliche“, aber besser passende Ellipsen zu ersetzen, und führte zu den Gesetzen der Planetenbewegung, die unserem gegenwärtigen Verständnis entsprechen. Keplers drei Gesetze sind bis heute weit verbreitet und haben dazu beigetragen, Newtons Gravitationsgesetz hervorzubringen. Nichts davon wäre passiert, wenn er nicht die quantitative Arbeit - die Mathematik - erledigt und verfolgt hätte, wohin sie führte.

Die ursprünglichen Beobachtungen von 1929 über die Hubble-Expansion des Universums, gefolgt von später detaillierteren, aber auch unsicheren Beobachtungen. Bildnachweis: Robert P. Kirshner (R), Edwin Hubble (L).

5. Sie werden nie wissen, ob es einen besseren Weg gibt, etwas zu tun, wenn Sie es nicht auf die Probe stellen. In den frühen 1920er Jahren nahmen die Menschen an, dass das Universum statisch sei. Schließlich scheint es sich nicht auszudehnen oder zusammenzuziehen. es scheint im Laufe der Zeit gleich zu bleiben. Wissenschaftler wie Alexander Friedmann und Georges Lemaître hatten theoretische Modelle innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt, bei denen sich das Universum ausdehnte, aber Einstein - ein Fan des statischen Universums - blieb ungerührt und sagte Lemaitre sogar: „Ihre Berechnungen sind korrekt, aber Ihre Physik ist grausam.“ Aber der einzige Weg zu wissen ist, es auf die Probe zu stellen.

Erst als Hubble die Entfernung zu den Galaxien entdeckte und die Geschwindigkeitsmessungen hinzufügte, konnte dies tatsächlich getestet werden. Mit der Veröffentlichung seiner Daten von 1929 - und der anschließenden theoretischen Arbeit von Howard Percy Robertson - kam das expandierende Universum (und Hubbles Gesetz) in Mode. Es war ein kritischer Test, der so erfolgreich war, dass das expandierende Universum auch heute noch ein Inbegriff für theoretische und beobachtende Erfolge ist.

Das Universum ist ein erstaunlicher Ort, und die Art und Weise, wie es heute entstanden ist, ist es sehr wert, nach besten Kräften gelernt zu werden. Bildnachweis: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA); J. Blakeslee.

Während die meisten von uns niemals solch wundersame wissenschaftliche Durchbrüche erzielen werden, gibt es keinen Grund, warum wir nicht in allen fünf Bereichen unseres Lebens in denselben fünf Bereichen erfolgreich sein können. An etwas scheitern, eine schlechte Idee haben oder einfach falsch liegen, ist nicht negativ. Sie sind einfach notwendige Schritte auf dem Weg zum Erfolg, entweder für sich selbst oder für diejenigen, die mit Ihnen reisen. Das Lösen eines Problems kann nur geschehen, wenn es richtig formuliert wurde, und Schritte in Richtung dieser korrekten Formulierung sind an und für sich wertvoll. Das Erkennen und Hinterfragen Ihrer Annahmen kann oft entscheidend dazu beitragen, große Fortschritte zu erzielen. Die Welt muss möglicherweise nicht so arbeiten, wie wir es uns derzeit vorstellen. Sie müssen immer rechnen, wenn Sie es sicher wissen wollen; Zu viel Vertrauen in Ihre Intuition ist ein Rezept für eine Katastrophe. Und es gibt keine Entschuldigung dafür, nicht einmal die heiligsten Ideen, die Sie haben, mit den Daten zu konfrontieren, die das Universum und die Welt liefern.

Sie müssen kein Wissenschaftler sein, um diese wissenschaftlichen Lektionen zu schätzen. In der Tat ist das Lernen der einzige Weg, um die Unwissenheit, die uns bedroht, abzuwehren oder sie sogar dort zu erkennen, wo sie existiert.

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