De støvede regioner, som teleskoper med synligt lys ikke kan trænge igennem, afsløres af de infrarøde udsigter fra ESOs HAWK-I-instrument, der viser stederne for ny og fremtidig stjernedannelse, hvor støvet er tættest. Billedkredit: ESO / H. Drass et al.

5 vitale lektioner lærer forskere, der kan forbedre alles liv

Videnskab kan være en af ​​de mest komplekse menneskelige bestræbelser, men de lektioner, den lærer, kan anvendes langt uden for videnskaben.

”Jeg foretrækker meget den skarpeste kritik af en enkelt intelligent mand frem for massens tankeløse godkendelse.” -Johannes Kepler

Videnskabelige gennembrud kan være sjældne, men de finder aldrig sted i et intellektuelt vakuum. Newtons anerkendelse af, at han stod på giganters skuldre, har aldrig været mere sandt, end det er i dag, hvor fortidens titaner har lagt grundlaget for vores udsigtspunkt i dag. Alligevel er videnskabshistorien ikke kun en simpel linje fyldt med fremadgående fremskridt, men et bølgende sæt stier, der skærer hinanden, løkker tilbage, blindveje og mere. En gang imellem fører en ny tur ned ad en sti dig til en splinterny destination, og hvis du kan forstå, hvor du er, og hvordan du kom dertil, er belønningen en helt ny opdagelse.

Udviklingen i storskala struktur i universet, fra en tidlig, ensartet tilstand til det klyngede univers, vi kender i dag. Billedkredit: Angulo et al. 2008, via Durham University.

De fleste af os bliver ikke videnskabsfolk, og de fleste af os, der gør det, vil aldrig have en verdensændrende opdagelse af størrelsen af ​​Albert Einstein, Charles Darwin, Barbara McClintock eller Edwin Hubble. Men fortidens store fremskridt holder ikke blot lektioner for forskere. Ved at se på hvordan de blev gjort, hvilken sammenflydning af begivenheder og falske begivenheder der skete for at gøre dem mulige, og hvordan disse strålende (og undertiden meget, meget heldige) sind sætter de relevante stykker sammen, kan vi lære nogle meget værdifulde lektioner, der gælder for hver af vores liv. Det kræver ikke en raketforsker at bruge disse fem utroligt værdifulde lektioner.

Den darwinistiske udviklingsmekanisme er afhængig af mutation og naturlig udvælgelse og kan resultere i nye arter over tid oprettet fra en enkelt fælles forfader. Billedkredit: Elembis fra Wikimedia Commons.

1. De fleste nye ideer viser sig at være forkerte, men de er alligevel værd at forfølge. Du må ikke skamme dig for at have forkert. Det er en af ​​de sværeste ting at lære, især i et samfund, der værdsætter, at der er ret så højt. Alligevel er der ingen, der indgår i et videnskabeligt felt ved at vide, hvordan det hele fungerer, og selv når man kender det så godt som enhver, der lever, er gode ideer stadig en sjældenhed. At levende organismer, der befolker denne planet, ændrer sig over tid er indlysende, men mekanismen for disse ændringer blev drøftet varmt i århundreder, og der er stadig debatter om de finere punkter i disse mekanismer i dag.

Men det vigtigste, der gjorde det muligt for Darwin at afsløre sin mekanisme om biodiversitet, mutation og naturlig udvælgelse var de beviser og ideer, der kom før og samtidig med hans egen. Værkerne af Georges Cuvier, Jean-Baptiste Lamarck, Alfred Wallace m.fl. var alle kendte og indflydelsesrige og fremsatte testbare hypoteser om mekanismer, som evolutionen kunne fungere på. Gennem de beviser, der er samlet på Galapagos-øerne, kom Darwins (og Wallace's) ideer frem som den førende teori, men uden arbejde fra de andre strålende videnskabsfolk, hvis ideer viste sig at være forkerte, kan evolution, som vi kender, aldrig forstås så godt.

Jorden og solen, ikke så forskellig fra hvordan de kunne have set ud for 4 milliarder år siden. Billedkredit: NASA / Terry Virts.

2. Det er ofte sværere at indstille problemet korrekt end at løse det. Når du løser et matematikproblem i skolen, skal du ofte bare kende de aritmetiske, algebraiske eller geometriske trin for at nå frem til løsningen. Men i den virkelige verden er systemer rodede og komplekse. At være i stand til at pløje dig vej gennem problemet er den lette del, men at være i stand til at vinde væk de irrelevante dele af problemet til de vigtigste bidragende faktorer er den hårde del. Hvis vi ville vide, hvordan tyngdekraften påvirker jorden nøjagtigt, ville vi have brug for at kende positionerne og masserne af hver partikel i Universet for at gøre denne beregning og derefter beregne tyngdekraftsattraktionen mellem dem alle. Det er en absurd opfattelse, da den ville kræve en computer, der er lige så magtfuld som selve universet. Med andre ord er det praktisk talt umuligt at nå frem til en nøjagtig løsning.

Men ved at modellere Jorden som et enkelt objekt for dens målte masse og volumen og de andre relevante masser - Solen, planeterne, Månen, galaksen, resten af ​​Universet - når det er relevant, kan vi nå frem til en løsning meget let. Nøglen er ikke brute-tvinger din vej til en løsning, men at identificere de relevante bidragydere til det aspekt, du prøver at måle og efterlade resten. Til tidevand har vi kun brug for Månen, Solen og Jordens oceaner; for jordens bevægelse omkring solen har vi brug for generel relativitet og alle planeterne også; for Jordens bevægelse gennem universet har vi brug for Solen, galaksen og den lokale gruppes hastighed. Opsætning af problemet er den hårde del. Når du først har forstået, hvordan du gør det, er det muligt at komme til en praktisk løsning.

Jordens gravitationsopførsel omkring solen skyldes ikke et usynligt tyngdepunkt, men beskrives bedre af Jorden, der falder frit gennem det buede rum, der er domineret af Solen. Billedkredit: LIGO / T. Pyle.

3. At gøre et stort fremskridt kræver normalt at udfordre dine antagelser. Newtons gravitationslov var den ubestridte lov, der styrede universet i århundreder på det tidspunkt, hvor Einstein kom med. Alligevel var det Einsteins evne til at forestille sig et ”hvad nu” -univers, hvor Newtons tyngdekraft grundlæggende var forkert, og kun en tilnærmelse af det faktiske univers. Mange modeller af alternativ tyngdekraft var blevet fremsat og forsøgt i årenes løb, kun for at falde ved vejen, da Newton kom triumferende. Men matematiske alternativer til fladt, tredimensionelt euklidisk rum eksisterede, og det vel accepterede faktum, at universet var på denne måde, forblev en ubeviset antagelse.

Ved at behandle rumtid som et fire-dimensionelt stof, en, der blev forvrænget af tilstedeværelsen af ​​stof og energi, var Einstein - med hjælp fra et antal matematikere og andre fysikere - i stand til at nå frem til den generelle relativitet. For at gøre det, måtte han kaste en række uudtalte antagelser: at pladsen var fast og absolut, den tid krydsede af med samme hastighed for alle, at ure forskellige steder nogensinde kunne synkroniseres perfekt. Medmindre du selv studerer General Relativity, hører du sjældent om videnskabsfolk som Hermann Minkowski, Simon Newcomb, Hendrik Lorentz, Bernhard Riemann, Marcel Grossman eller Henri Poincare, men alligevel leverede alle dem utrolige bidrag til at få Einstein til at overvinde disse Newtonianske antagelser. Dermed revolutionerede han vores billede af universet.

Keplers platoniske solide model af solsystemet fra Mysterium Cosmographicum (1596). Billedkredit: Johannes Kepler.

4. At følge din intuition vil aldrig komme dig så langt som at gøre matematikviljen. At komme med en smuk, kraftfuld og overbevisende teori er drømmen for mange videnskabsfolk over hele verden og har været så længe som der har været videnskabsfolk. Da Copernicus fremsatte sin heliocentriske model, var den attraktiv for mange, men hans cirkulære kredsløb kunne ikke forklare observationer af planeterne såvel som Ptolemaios epicykler - grimme som de var - gjorde. Omkring 50 år senere byggede Johannes Kepler på Copernicus 'idé og fremsatte sit Mysterium Cosmographicum: en række indlejrede kugler, hvis forhold kunne forklare planets baner. Undtagen var dataene ikke rigtige. Da han lavede matematikken, blev numrene ikke sammen.

Men hvad der tilføjede tallene var at bruge ellipser i stedet for cirkler. Det faktum, at Kepler faktisk foretog matematikken, kastede sin idé om cirkler, indlejrede kugler og perfekt geometri for at erstatte dem med "grimme", men bedre passende ellipser fører til planerne om planetbevægelse, der matcher vores nuværende forståelse. Keplers tre love er stadig udbredt i dag og hjalp med til at give anledning til Newtons gravitation. Intet af dette ville være sket, hvis han ikke havde gjort det kvantitative arbejde - matematikken - og fulgt, hvor det førte.

De originale observationer fra 1929 af Hubble-udvidelsen af ​​universet, efterfulgt af efterfølgende mere detaljerede, men også usikre, observationer. Billedkredit: Robert P. Kirshner (R), Edwin Hubble (L).

5. Du vil aldrig vide, om der er en bedre måde at gøre noget på, medmindre du sætter det på prøve. I de tidlige 1920'ere antog folk, at universet var statisk. Når alt kommer til alt ser det ikke ud til at udvide sig eller trække sig sammen; det ser ud til at forblive det samme over tid. Forskere som Alexander Friedmann og Georges Lemaître var kommet med teoretiske modeller inden for den generelle relativitet, hvor universet udvidede sig, men Einstein - en statisk fan af universet - forblev ubevægelig og sagde endda til Lemaitre, "Dine beregninger er korrekte, men din fysik er grusom." Men den eneste måde at vide det på er at prøve det.

Først når Hubble opdagede afstanden til galakserne og tilføjede målingerne af deres hastigheder, kunne det faktisk testes. Med frigivelsen af ​​hans data fra 1929 - og det efterfølgende teoretiske arbejde fra Howard Percy Robertson - kom det ekspanderende univers (og Hubbles lov) på mode. Det var en kritisk test, og en sådan, der var så succesrig, at det ekspanderende univers forbliver en paragon af teoretiske og observationsmæssige succeser i dag.

Universet er et fantastisk sted, og hvordan det blev i dag er noget meget værd at lære efter bedste evne. Billedkredit: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA); J. Blakeslee.

Mens de fleste af os aldrig vil opnå sådanne vidunderlige videnskabelige gennembrud, er der ingen grund til, at vi ikke kan få succes på disse samme fem arenaer i alle aspekter af vores liv. At svigte med noget, have en dårlig idé eller blot have forkert er ikke negativer; de er simpelthen nødvendige skridt på vejen til succes, enten for dig selv eller for dem, der rejser med dig. At løse et problem er noget, der kun kan ske, når det er blevet formuleret korrekt, og at tage skridt mod den korrekte formulering er værdifuld i sig selv. Identificering og udfordring af dine antagelser kan ofte være medvirkende til at gøre et stort fremskridt; verden har muligvis ikke brug for at arbejde på den måde, vi i øjeblikket undfanger den for. Du skal altid lave matematik, hvis du vil vide det med sikkerhed; at have tillid til din intuition for meget er en opskrift på katastrofe. Og der er ingen undskyldning for ikke at konfrontere selv de mest hellig holdte ideer, du har med de data, universet og verden leverer.

Du behøver ikke at være en videnskabsmand for at værdsætte disse videnskabelige lektioner. Faktisk er det at lære dem den eneste måde at afværge uvidenheden, der truer os, eller endda genkende den, hvor den findes.

Dette indlæg blev første gang vist på Forbes og bringes til dig annoncefrit af vores Patreon-tilhængere. Kommenter til vores forum, og køb vores første bog: Beyond The Galaxy!