Stephen Hawking unternahm vor 11 Jahren einen Schwerelosigkeitsflug, um das Gefühl der Schwerelosigkeit zu erleben. Wie Hawking sagte,

Die 4 wissenschaftlichen Lektionen, die Stephen Hawking nie gelernt hat

Selbst unsere wissenschaftlichen Helden können nicht in allem Recht haben. Lassen Sie uns die Lektionen lernen, die sie nie gemacht haben.

In den 1960er Jahren wurde ein junger theoretischer Physiker namens Stephen Hawking als Schüler von Roger Penrose bekannt. Mitte 20 hatte er eine Reihe wichtiger Theoreme der Allgemeinen Relativitätstheorie bewiesen und war ein aufgehender Stern, als die Tragödie eintrat: Bei ihm wurde Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert. Als seine Muskeln schwächer wurden und sein Körper ihn verriet, setzte er seine Arbeit auf bemerkenswerte Weise fort und erweiterte sie. Er führte brillante und detaillierte Berechnungen mit Methoden durch, die er selbst entwickelt hatte. Als er für seine Mobilität von einem Rollstuhl abhängig wurde und fast die gesamte Motorsteuerung verlor, machte er wichtige Entwicklungen in der Physik der Raumzeit und im Bereich der Schwarzen Löcher, wie sie strahlen und zerfallen und ob sie Informationen verlieren oder erhalten. Seine populären Werke wie Eine kurze Geschichte der Zeit inspirierten Generationen von Wissenschaftlern und Wissenschaftsbegeisterten gleichermaßen. Trotz all seiner Erfolge gab es einige wichtige wissenschaftliche Lektionen, die er starb, ohne sie gelernt zu haben. Sogar unsere Helden sind nicht perfekt.

Schwarze Löcher sind keine isolierten Objekte im Weltraum, sondern existieren inmitten der Materie und Energie im Universum, in der Galaxie und in den Sternensystemen, in denen sie sich befinden. Sie wachsen durch Ansammlung und Verschlingung von Materie und Energie, verlieren aber im Laufe der Zeit auch Energie aufgrund des konkurrierenden Prozesses der Hawking-Strahlung. (Zusammenarbeit zwischen Hubble-Weltraumteleskop der NASA und der ESA)

Wissenschaftlich gesehen war das, was Hawking erreichte, bemerkenswert. Er hat im ersten Jahrzehnt seiner Karriere mehr getan, um unser Wissen über das Universum zu erweitern, als die meisten Physiker in ihrem Leben erreichen. Seine frühen Arbeiten konzentrierten sich auf Singularitätssätze und beschrieben, wo die Physik des Universums in der Allgemeinen Relativitätstheorie zusammenbricht. Hawking zeigte, dass diese Bedingungen physikalisch wichtig waren und nicht nur mathematische Kuriositäten. Schwarze Löcher und andere singuläre Raumzeiten enthielten sie; Hawking half, sie zu kategorisieren und zu beschreiben. Anschließend ging er auf den Ereignishorizont ein und beschrieb unter anderem deren Fläche, Temperatur und Entropie. Er schrieb darüber, was unter Bedingungen geschah, unter denen zwei Ereignishorizonte verschmolzen. Am bekanntesten ist, dass er die Quantenfeldtheorie auf die Bedingungen um einen Ereignishorizont anwendete und feststellte, dass Schwarze Löcher durch einen Prozess, den wir jetzt Hawking-Strahlung nennen, langsam verdampfen. Mitte der 1970er Jahre war er ein Titan auf dem Gebiet der Astrophysik.

Hawking-Strahlung ergibt sich unweigerlich aus den Vorhersagen der Quantenphysik in der gekrümmten Raumzeit, die den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs umgibt. Dieses Diagramm zeigt, dass es die Energie von außerhalb des Ereignishorizonts ist, die die Strahlung erzeugt, was bedeutet, dass das Schwarze Loch Masse verlieren muss, um dies zu kompensieren. (E. Siegel)

Er hat auch einen unglaublichen Einfluss auf die Gesellschaft ausgeübt und seine Arbeit und einige esoterische Aspekte der theoretischen Physik populär gemacht. Fragen wie "Was passiert, wenn du in ein schwarzes Loch fällst?" oder "Wie wurde das Universum geboren?" Es wurde nicht angenommen, dass sie für die breite Öffentlichkeit von Interesse sind, aber Hawking bewies, dass die Skeptiker falsch lagen. Er verkaufte Millionen Exemplare seiner Bücher und wurde später zu einer Berühmtheit für seine Neugier und Kommunikationsfähigkeiten. Er zeigte sich in vielerlei Hinsicht witzig, humorvoll und optimistisch, trotz seiner körperlichen Behinderung und seiner Unfähigkeit, seine Gedanken zu äußern. Als sein Körper weiter verfiel, blieb sein Geist scharf und neugierig, und er nahm weiterhin Studenten auf und schrieb wissenschaftliche Arbeiten. Er war sogar maßgeblich an der Herausforderung des viralen Eiskübel beteiligt, die dazu beitrug, Geld und Bewusstsein für die ALS-Forschung zu schaffen. Trotz seiner Gesundheit blieb er bis zu seinem Tod aktiv.

Vor zwei Jahren gehörte Hawking zu dem Team vieler Größen aus Wissenschaft, Wissenschaftskommunikation, Raumfahrt und Industrie, die zusammenkamen, um die neue Weltraumforschungsinitiative des

Seine Arbeit, sein Leben und seine wissenschaftlichen Beiträge haben ihn zu einer Inspiration für Millionen auf der ganzen Welt gemacht, auch für mich. Aber die Kombination seiner Leistungen und seines Leidens mit ALS - kombiniert mit seinem kometenhaften Ruhm - machte ihn oft immun gegen berechtigte Kritik. Infolgedessen machte er jahrzehntelang falsche, veraltete oder irreführende Behauptungen gegenüber der allgemeinen Bevölkerung, die das öffentliche Verständnis der Wissenschaft dauerhaft beeinträchtigten. Er behauptete, Lösungen für Probleme zu haben, die auf einen flüchtigen Blick auseinander fielen; er proklamierte wiederholt den Weltuntergang für die Menschheit ohne Beweise, um solche Behauptungen zu stützen; er ignorierte die gute Arbeit anderer auf seinem Gebiet. Trotz seiner unglaublichen Erfolge in einer Reihe von Bereichen gibt es einige wichtige wissenschaftliche Lektionen, die er nie gelernt hat. Hier ist Ihre Chance, sie jetzt zu lernen.

Über ausreichend lange Zeiträume schrumpfen und verdampfen schwarze Löcher dank Hawking-Strahlung. Hier tritt ein Informationsverlust auf, da die Strahlung die am Horizont verschlüsselten Informationen nicht mehr enthält. (Illustration der NASA)

1.) Wir wissen immer noch nicht, ob Schwarze Löcher Informationen zerstören. Ein Schwarzes Loch kann im Kern nur durch drei Parameter vollständig beschrieben werden: seine Masse, seinen Drehimpuls und seine Ladung. Dieses No-Hair-Theorem scheint im Widerspruch zu der Tatsache zu stehen, dass Objekte, die hineinfallen können - wie zum Beispiel ein Buch - viel mehr Informationen enthalten, und die Gesetze der Thermodynamik erlauben es uns nicht, Informationen (oder Entropie) als zu verringern Die Zeit vergeht. Während die Informationen in einem Buch möglicherweise in den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs eingeprägt werden, zerfällt dieses Schwarze Loch schließlich in reine Wärmestrahlung: Hawking-Strahlung. Was bedeutet das für die Informationen des Buches? Ist es irgendwie konserviert und in den Quantenmorast der Strahlung verwickelt, die emittiert wird? Oder ist es für immer verloren im Abgrund des Schwarzen Lochs? Trotz Hawkings zahlreichen grandiosen Behauptungen bleibt diese Frage unbeantwortet. Das Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs hat den Schöpfer des Paradoxons überlebt.

Die Sterne und Galaxien, die wir heute sehen, existierten nicht immer, und je weiter wir zurückgehen, desto näher kommt das Universum einer scheinbaren Singularität, aber dieser Extrapolation sind Grenzen gesetzt. (NASA, ESA und A. Feild (STScI))

2.) Der Urknall erfordert keine Singularität. Wenn sich das Universum heute ausdehnt und abkühlt, muss es in der Vergangenheit heißer, dichter und kleiner gewesen sein. Wenn Sie weit genug zurück extrapolieren, können Sie sich vorstellen, dass die gesamte Materie und Energie im Universum zu einem einzigen Punkt verdichtet wird: einer Singularität. Dies ignoriert jedoch völlig alles, was wir seit 1979 über die Bedingungen des Urknalls gelernt haben. Es ignoriert die kosmische Inflation vollständig, was uns sagt, dass das Universum, bevor Sie jemals diesen singulären Anfang erreichen, durch einen anderen physischen Zustand beschrieben wurde, der möglicherweise überhaupt keinen singulären Anfang hat. Der einzige Satz, der zeigt, dass ein Inflationszustand für die Vergangenheit nicht ewig sein kann, kann auf verschiedene Weise umgangen werden, was bedeutet, dass das Universum möglicherweise überhaupt nicht von einer Singularität ausgegangen ist. Bei aller Rede von Hawking über „was vor dem Beginn der Zeit kam“ zwingt uns das Universum nicht zu der Annahme, dass die Zeit selbst notwendigerweise überhaupt einen Anfang hatte.

Eine Illustration eines imaginären Europa Octo-Außerirdischen, der von einem Felsen wegschwimmt. Europa, ein Mond, der den Planeten Jupiter umkreist, wird oft als die wahrscheinlichste Kandidatenwelt in unserem Sonnensystem jenseits der Erde angesehen, die Leben beherbergt. Und obwohl es für uns selbst potenziell gefährlich sein könnte, ist es nicht unbedingt auf böswillige Absichten zurückzuführen. (Lwp Kommunikáció / flickr)

3.) Menschen sind nicht dazu verdammt, von Außerirdischen, KI oder uns selbst zerstört zu werden. Während es wichtig ist, vorsichtig mit den Maßnahmen umzugehen, die wir als Menschen ergreifen, ist es nicht nur fatalistisch, sich das schlechteste Ergebnis vorzustellen und es als unvermeidlich zu loben, sondern auch eine schlechte Wissenschaft. Sicher, umsichtig in Bezug auf unsere Handlungen und Richtlinien zu sein, ist wichtig, aber es ist ebenso wichtig, demütig gegenüber den Kräften zu sein, die wir noch nicht verstehen, und alle Aspekte dessen, was wir verstehen, ehrlich zu untersuchen.

Intelligente Außerirdische mögen feindselig sein oder Menschen als belanglose Ameisen betrachten, aber es gibt zwingende Gründe zu der Annahme, dass sie - wenn sie existieren - neugierig und friedlich sein könnten. Selbst wenn sie feindselig sind, kann die Menschheit sie überleben, so wie Ameisen uns überlebt haben. Selbst bei Umweltverschmutzung und globaler Erwärmung ist es unwahrscheinlich, dass die Menschheit aussterben wird, und die größte Gefahr durch KI besteht nicht darin, dass die Roboter sich ihrer selbst bewusst werden und versuchen, uns zu töten, sondern dass ein schändlicher Mensch sie so programmiert, dass sie uns anmachen. Es liegt an der Menschheit, angesichts der Unsicherheit unseren eigenen, kühnen Weg im Universum zu beschreiten und sich nicht von unseren grundlegendsten Ängsten vor der Vernichtung von unseren größten Ambitionen abhalten zu lassen.

Die Partikel des Standardmodells und ihre supersymmetrischen Gegenstücke. Dieses Spektrum von Teilchen ist eine unvermeidliche Folge der Vereinigung der vier fundamentalen Kräfte im Kontext der Stringtheorie, aber Supersymmetrie, Stringtheorie und das Vorhandensein zusätzlicher Dimensionen bleiben alle spekulativ und ohne Beobachtungsnachweise. (Claire David)

4.) Seien Sie demütig über Ihre eigenen spekulativen, unbewiesenen Ideen. Dies ist eine Falle, die viele der größten Köpfe der Wissenschaftsgeschichte in Mitleidenschaft gezogen hat: sich so gründlich in ihre eigenen wissenschaftlichen Randideen zu verlieben, dass Sie sie mit der Gewissheit anpreisen, die normalerweise verifizierten, validierten und robusten Theorien vorbehalten ist. Hawkings Vorschlag ohne Grenzen ist spekulativ und unbewiesen, doch Hawking wird oft (auch in einer kurzen Geschichte der Zeit) mit der gleichen Sicherheit darüber sprechen, mit der er über Schwarze Löcher sprechen würde. Ideen wie Babyuniversen, eine einheitliche Theorie von allem und höhere Dimensionen mögen verbreitet sein, aber es fehlen Beweise. In vielerlei Hinsicht bleiben sie ungetestet, während in anderen die Beweise, die sie stützen könnten, nicht eingetreten sind.

Dies hat Hawking nie davon abgehalten, sie zu bewerben, sehr zum Leidwesen vorsichtiger Wissenschaftler überall. Unbewiesene Ideen sollten niemals einen Ersatz für legitime Tatsachen darstellen, doch Hawking sagt Ihnen in jedem Buch, das er jemals geschrieben hat, nie, wann er vom Bestätigten und Bestätigten in diesen spekulativen Bereich abweicht, insbesondere wenn es um seine eigenen Ideen geht. Für einen Insider fühlt es sich wie die Definition des Ausverkaufs an: Verwenden Sie Ihren Ruhm und Ihre Schlagkraft zur Eigenwerbung, anstatt das Wissen der Menschheit und die Grenzen dieses Wissens zu erziehen und aufzuklären.

Stephen Hawking im Alter von 73 Jahren (2015) mit Richard Ovenden und Sir David Attenborough bei der Eröffnung der Weston Library in Oxford.

Stephen Hawking war ein Titan der Wissenschaft, der Wissenschaftskommunikation und ein dauerhaftes Symbol dafür, wie viel jemand mit einer Behinderung auf dieser Welt erreichen konnte. Seine Leistungen - insbesondere seine wissenschaftliche Arbeit aus den 1960er und 1970er Jahren - schufen lebendige Forschungsbereiche, die bis heute florieren. Seine Worte erregten und inspirierten Millionen, mehr über das Universum zu erfahren, und sein Einfluss auf die Gesellschaft war größer als bei jedem Wissenschaftskommunikator seit Carl Sagan. Es gibt jedoch einige einfache und wichtige Lektionen im Bereich der Physik und im Bereich des Seins eines guten Menschen, die Hawking nie gelernt hat. Er gehört jetzt zu den Zeitaltern, aber sowohl die Lektionen, die er uns beigebracht hat, als auch die Lektionen, die er nicht für sich selbst gelernt hat, stehen uns allen offen. Mögen wir ihn bestmöglich in Erinnerung rufen: indem wir unser eigenes Wissen und unsere Neugier für ein besseres Leben steigern.

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.