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

Die 4 wissenschaftlichen Lektionen, die Stephen Hawking nie gelernt hat

Sogar unsere wissenschaftlichen Helden können nicht in allen Belangen Recht haben. Lernen wir die Lektionen, die sie nie gemacht haben.

In den 1960er Jahren wurde ein junger theoretischer Physiker namens Stephen Hawking als Schüler von Roger Penrose bekannt. Mitte der zwanziger Jahre hatte er eine Reihe wichtiger Theoreme der Allgemeinen Relativitätstheorie bewiesen und war ein aufstrebender Stern, als die Tragödie eintrat: Bei ihm wurde Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert. Als seine Muskeln nachließen und sein Körper ihn verriet, setzte er seine Arbeit bemerkenswert fort und erweiterte sie, indem er brillante und detaillierte Berechnungen mit Methoden durchführte, die er selbst einmalig erfunden hatte. Da er für seine Mobilität von einem Rollstuhl abhängig wurde und fast die gesamte motorische Kontrolle verlor, machte er wichtige Entwicklungen in der Physik der Raumzeit und des Feldes der Schwarzen Löcher, wie sie ausstrahlen und zerfallen und ob sie Informationen verlieren oder konservieren. Seine beliebten Werke wie "Eine kurze Geschichte der Zeit" begeisterten Generationen von Wissenschaftlern und Enthusiasten gleichermaßen. Trotz all seiner Erfolge gab es einige wichtige wissenschaftliche Lektionen, die er nie gelernt hatte. Sogar unsere Helden sind nicht perfekt genug.

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, indem sie Materie und Energie anhäufen und verschlingen, verlieren aber im Laufe der Zeit auch Energie aufgrund des konkurrierenden Prozesses der Hawking-Strahlung. (NASA / ESA Hubble Space Telescope Zusammenarbeit)

In wissenschaftlicher Hinsicht 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 erreicht haben. In seinen frühen Arbeiten konzentrierte er sich auf Singularitätstheoreme und beschrieb, 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 den Ereignishorizont an 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 ist das, was sich zwangsläufig aus den Vorhersagen der Quantenphysik in der gekrümmten Raumzeit ergibt, 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, indem er seine Arbeit und einige esoterische Aspekte der theoretischen Physik populär gemacht hat. Fragen wie "Was passiert, wenn du in ein Schwarzes Loch fällst?" Oder "Wie wurde das Universum geboren?" Waren für die breite Öffentlichkeit nicht von Interesse, aber Hawking bewies, dass die Skeptiker falsch lagen und verkaufte Millionen Exemplare seiner Bücher und später eine Ikone für seine Neugier und Kommunikationsfähigkeiten. Er zeigte sich in vielerlei Hinsicht witzig, humorvoll und optimistisch, trotz seiner körperlichen Behinderungen 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 Virus-Eiskübel-Herausforderung 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 zum Team zahlreicher Größen aus Wissenschaft, Wissenschaftskommunikation, Raumfahrt und Industrie, die zusammenkamen, um die neue Weltraumerkundungsinitiative „Breakthrough Starshot“ (Gary Gershoff / WireImage) vorzustellen.

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 Erfolge und seines Leidens mit ALS - verbunden mit seinem kometenhaften Ruhm - machte ihn oft immun gegen berechtigte Kritik. Infolgedessen stellte er jahrzehntelang falsche, veraltete oder irreführende Behauptungen gegenüber der Bevölkerung auf, 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 für solche Behauptungen zu haben; Er ignorierte die gute Arbeit, die andere auf seinem Gebiet geleistet hatten. 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 einen ausreichend langen Zeitraum hinweg schrumpfen und verdampfen schwarze Löcher dank Hawking-Strahlung. Hier kommt es zu Informationsverlusten, da die Strahlung die am Horizont einmal kodierten Informationen nicht mehr enthält. (Illustration von 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, sein 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) 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 Buchinformation? Ist es irgendwie konserviert und in den Quantenmoor der Strahlung verwickelt, der emittiert wird? Oder ist es für immer verloren im Abgrund des Schwarzen Lochs? Trotz der zahlreichen grandiosen Behauptungen von Hawking 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 rückt die scheinbare Singularität des Universums, aber es gibt eine Grenze für diese Extrapolation. (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 zurückrechnen, können Sie sich vorstellen, dass sich die gesamte Materie und Energie im Universum zu einem einzigen Punkt verdichtet: einer Singularität. Dies ignoriert jedoch völlig alles, was wir seit 1979 über die Bedingungen, die den Urknall auslösten, gelernt haben. Es ignoriert vollständig die kosmische Inflation, was uns sagt, dass das Universum durch einen anderen physischen Zustand beschrieben wurde, der möglicherweise überhaupt keinen singulären Anfang hat, bevor Sie jemals diesen singulären Anfang erreicht haben. Der einzige Satz, der zeigt, dass ein Inflationszustand nicht für die Vergangenheit ewig sein kann, kann auf verschiedene Weise umgangen werden, was bedeutet, dass das Universum möglicherweise gar nicht von einer Singularität ausgegangen ist. Bei allem Gerede von Hawking über "was vor dem Beginn der Zeit kam" zwingt uns das Universum nicht zu glauben, dass die Zeit selbst notwendigerweise überhaupt einen Anfang hatte.

Eine Illustration eines eingebildeten Europa Octo-Ausländers, der weg von einem Felsen schwimmt. Europa, ein Mond, der den Planeten Jupiter umkreist, wird oft als die wahrscheinlichste Kandidatenwelt für das Leben in unserem Sonnensystem außerhalb der Erde angesehen. Und obwohl es für uns möglicherweise gefährlich sein könnte, ist es nicht unbedingt auf böswillige Absichten zurückzuführen. (Lwp Kommunikáció / flickr)

3.) Menschen sind nicht dazu verdammt, von Außerirdischen, von A. I. oder von uns selbst zerstört zu werden. Während es wichtig ist, vorsichtig mit den Handlungen umzugehen, die wir als Menschen unternehmen, ist es nicht nur fatalistisch, sich das schlechteste mögliche Ergebnis vorzustellen und es als unvermeidlich zu bezeichnen, es ist auch eine schlechte Wissenschaft. Natürlich ist es wichtig, umsichtig mit unseren Handlungen und Richtlinien umzugehen, aber es ist sicherlich genauso wichtig, demütig mit den Kräften umzugehen, die wir noch nicht verstehen, und alle Aspekte unseres Verständnisses ehrlich zu untersuchen.

Intelligente Außerirdische mögen feindselig sein oder sie mögen Menschen als belanglose Ameisen betrachten, aber es gibt zwingende Gründe zu der Annahme, dass sie neugierig und friedlich sein könnten, wenn sie existieren. Auch wenn sie feindlich gesinnt sind, kann die Menschheit es überleben, so wie die Ameisen uns überlebt haben. Selbst bei Verschmutzung und globaler Erwärmung ist es unwahrscheinlich, dass die Menschheit aussterben wird, und die größte Gefahr von A.I. Es ist nicht so, dass die Roboter sich selbst bewusst werden und versuchen, uns zu töten, sondern dass ein schändlicher Mensch sie programmiert, um uns anzugreifen. Es liegt an der Menschheit, angesichts der Unsicherheit unseren eigenen, kühnen Weg im Universum zu beschreiten, um nicht zuzulassen, dass unsere tiefsten Ängste vor der Vernichtung uns von unseren größten Ambitionen abhalten.

Die Partikel des Standardmodells und ihre supersymmetrischen Gegenstücke. Dieses Teilchenspektrum ist eine unvermeidliche Konsequenz der Vereinigung der vier Grundkräfte im Kontext der Stringtheorie, aber Supersymmetrie, Stringtheorie und das Vorhandensein zusätzlicher Dimensionen bleiben alle spekulativ und ohne Beobachtungsnachweis. (Claire David)

4.) Seien Sie demütig über Ihre eigenen spekulativen, unbewiesenen Ideen. Dies ist eine Falle, die viele der größten Köpfe der Wissenschaftsgeschichte getroffen hat: sich so gründlich in ihre eigenen wissenschaftlichen Randideen zu verlieben, dass Sie sie mit der Gewissheit anpreisen, die normalerweise für verifizierte, validierte und belastbare Theorien reserviert ist. Hawkings Vorschlag, keine Grenzen zu überschreiten, ist spekulativ und nicht bewiesen, dennoch wird Hawking häufig (einschließlich in "Eine kurze Geschichte der Zeit") mit derselben Gewissheit darüber sprechen, mit der er von Schwarzen Löchern spricht. Ideen wie Babyuniversen, eine vereinheitlichende Theorie von allem und höhere Dimensionen mögen üblich sein, aber es fehlen Beweise. In vielerlei Hinsicht bleiben sie ungetestet, während in anderen Fällen die Beweise, die sie stützen könnten, fehlgeschlagen sind.

Dies hat Hawking nie davon abgehalten, sie anzukündigen, 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, niemals, 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 von Ausverkauf an: Verwenden Sie Ihren Ruhm und Ihre Schlagkraft für die Eigenwerbung, anstatt das Wissen der Menschheit und die Grenzen dieses Wissens zu erziehen und zu erläutern.

Stephen Hawking, 73 Jahre alt (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 in dieser Welt erreichen konnte. Seine Leistungen - insbesondere seine wissenschaftlichen Arbeiten aus den 1960er und 1970er Jahren - haben lebendige Forschungsbereiche geschaffen, die bis heute florieren. Seine Worte begeisterten und inspirierten Millionen, mehr über das Universum zu erfahren, und sein Einfluss auf die Gesellschaft war größer als jeder Wissenschaftskommunikator seit Carl Sagan. Es gibt jedoch einige einfache und wichtige Lektionen im Bereich der Physik und in der Frage, ob man ein guter Mensch ist, die Hawking nie gelernt hat. Er gehört in die Ewigkeit, aber sowohl die Lektionen, die er uns beigebracht hat, als auch die Lektionen, die er selbst nicht gelernt hat, stehen uns allen offen. Mögen wir ihm auf die bestmögliche Weise gedenken: indem wir unser 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 aufgelegt. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: The Science of Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.