Các vùng bụi mà kính viễn vọng ánh sáng nhìn thấy không thể xuyên qua được tiết lộ bằng các chế độ xem hồng ngoại của thiết bị HAWK-I của ESO, hiển thị các vị trí hình thành sao mới và tương lai nơi bụi dày nhất. Tín dụng hình ảnh: ESO / H. Drass et al.

5 bài học quan trọng mà các nhà khoa học học được có thể giúp cuộc sống của mọi người tốt hơn

Khoa học có thể là một trong những nỗ lực phức tạp nhất của con người, nhưng những bài học mà nó dạy có thể được áp dụng ở ngoài khoa học.

Tôi rất thích những lời chỉ trích mạnh mẽ nhất của một người đàn ông thông minh duy nhất đối với sự chấp thuận thiếu suy nghĩ của quần chúng. -Johannes Kepler

Đột phá khoa học có thể là hiếm, nhưng chúng không bao giờ diễn ra trong một khoảng trống trí tuệ. Sự thừa nhận của Newton rằng ông đang đứng trên vai những người khổng lồ chưa bao giờ đúng hơn ngày nay, nơi những người khổng lồ trong quá khứ đã đặt nền móng cho quan điểm thuận lợi của chúng ta ngày nay. Tuy nhiên, lịch sử của khoa học không chỉ đơn thuần là một dòng đơn giản chứa đầy tiến bộ về phía trước, mà là một tập hợp các con đường uốn khúc giao nhau, vòng lặp lại, ngõ cụt và nhiều hơn nữa. Thỉnh thoảng, một chuyến đi mới dẫn bạn đến một điểm đến hoàn toàn mới, và nếu bạn có thể hiểu bạn đang ở đâu và bạn đến đó bằng cách nào, phần thưởng là một khám phá hoàn toàn mới.

Sự phát triển của cấu trúc quy mô lớn trong Vũ trụ, từ trạng thái sơ khai, đồng nhất đến Vũ trụ co cụm mà chúng ta biết ngày nay. Tín dụng hình ảnh: Angulo et al. 2008, thông qua Đại học Durham.

Hầu hết chúng ta sẽ không trở thành nhà khoa học, và hầu hết chúng ta, những người sẽ không bao giờ có một khám phá thay đổi thế giới về tầm quan trọng của Albert Einstein, Charles Darwin, Barbara McClintock hay Edwin Hubble. Nhưng những tiến bộ vĩ đại trong quá khứ không chỉ đơn giản là bài học cho các nhà khoa học. Bằng cách nhìn vào cách chúng được tạo ra, sự hợp lưu của các sự kiện và khởi đầu sai đã xảy ra để biến chúng thành có thể, và làm thế nào những bộ óc thông minh (và đôi khi rất, rất may mắn) này kết hợp các phần có liên quan lại với nhau, chúng ta có thể học được một số bài học rất giá trị áp dụng cho mỗi cuộc sống của chúng ta Không cần phải có một nhà khoa học tên lửa để sử dụng năm bài học vô cùng quý giá này.

Cơ chế tiến hóa của Darwin phụ thuộc vào đột biến và chọn lọc tự nhiên, và có thể dẫn đến các loài mới theo thời gian được tạo ra từ một tổ tiên chung duy nhất. Tín dụng hình ảnh: Elembis của Wikimedia Commons.

1. Hầu hết các ý tưởng mới hóa ra là sai, nhưng dù sao chúng cũng đáng để theo đuổi. Bạn không được xấu hổ là sai. Đó là một trong những điều khó học nhất, đặc biệt là trong một xã hội có giá trị rất cao. Tuy nhiên, không ai bước vào một lĩnh vực khoa học để biết nó hoạt động như thế nào, và ngay cả khi bạn biết tất cả cũng như bất cứ ai sống, những ý tưởng tốt vẫn là một điều hiếm. Thực tế là các sinh vật sống trên hành tinh này thay đổi theo thời gian là điều hiển nhiên, nhưng cơ chế của những thay đổi đó đã được tranh luận sôi nổi trong nhiều thế kỷ, và vẫn còn nhiều tranh luận về những điểm tốt hơn của các cơ chế đó ngày nay.

Nhưng điều quan trọng nhất cho phép Darwin khám phá cơ chế của mình về đa dạng sinh học, đột biến và chọn lọc tự nhiên là bằng chứng và ý tưởng xuất hiện trước đó và đồng thời với chính ông. Các tác phẩm của Georges Cuvier, Jean-Baptiste Lamarck, Alfred Wallace và những người khác đều nổi tiếng và có ảnh hưởng, và đưa ra các giả thuyết có thể kiểm chứng cho các cơ chế mà quá trình tiến hóa có thể hoạt động. Thông qua các bằng chứng thu thập được ở quần đảo Galapagos, các ý tưởng của Darwin (và Wallace) nổi lên như là lý thuyết hàng đầu, nhưng không có công trình của các nhà khoa học lỗi lạc khác mà ý tưởng của họ hóa ra là sai, sự tiến hóa mà chúng ta biết có thể không bao giờ hiểu rõ.

Trái đất và Mặt trời, không khác mấy so với cách chúng có thể xuất hiện 4 tỷ năm trước. Tín dụng hình ảnh: NASA / Terry Virts.

2. Thiết lập vấn đề chính xác thường khó hơn giải quyết nó. Khi bạn giải một bài toán ở trường, bạn thường chỉ cần biết các bước số học, đại số hoặc hình học để đi đến lời giải. Nhưng trong thế giới thực, các hệ thống rất lộn xộn và phức tạp. Có thể giải quyết vấn đề của bạn là một phần dễ dàng, nhưng có thể thắng được những phần không liên quan của vấn đề đối với các yếu tố đóng góp chính là phần khó. Nếu chúng ta muốn biết chính xác lực hấp dẫn ảnh hưởng đến Trái đất như thế nào, chúng ta sẽ cần biết vị trí và khối lượng của mỗi hạt trong Vũ trụ để thực hiện phép tính đó, và sau đó tính toán lực hấp dẫn giữa tất cả chúng. Đó là một khái niệm phi lý, vì nó sẽ đòi hỏi một máy tính mạnh như chính Vũ trụ. Nói cách khác, đi đến một giải pháp chính xác là thực tế không thể.

Nhưng bằng cách mô hình Trái đất như một vật thể có khối lượng và thể tích đo được, và các khối lượng có liên quan khác - Mặt trời, các hành tinh, Mặt trăng, thiên hà, phần còn lại của Vũ trụ - khi thích hợp, chúng ta có thể đi đến một giải pháp rất dễ dàng Chìa khóa không phải là vũ phu - buộc bạn phải tìm giải pháp, mà là xác định những người đóng góp có liên quan đến bất kỳ khía cạnh nào bạn đang cố gắng đo lường và bỏ phần còn lại phía sau. Đối với thủy triều, chúng ta chỉ cần Mặt trăng, Mặt trời và đại dương Trái đất; đối với chuyển động của Trái đất quanh Mặt trời, chúng ta cũng cần thuyết tương đối rộng và tất cả các hành tinh; để chuyển động của Trái đất qua Vũ trụ, chúng ta cần Mặt trời, thiên hà và vận tốc của nhóm địa phương. Thiết lập vấn đề là phần khó. Một khi bạn hiểu làm thế nào để làm như vậy, đi đến một giải pháp thực tế là có thể.

Hành vi hấp dẫn của Trái đất quanh Mặt trời không phải do lực hấp dẫn vô hình, mà được mô tả tốt hơn bởi Trái đất rơi tự do qua không gian cong do Mặt trời thống trị. Tín dụng hình ảnh: LIGO / T. Pyle.

3. Thực hiện một bước tiến lớn thường đòi hỏi phải thách thức các giả định của bạn. Định luật hấp dẫn của Newton là định luật không thể tranh cãi chi phối Vũ trụ trong nhiều thế kỷ tại thời điểm Einstein xuất hiện. Tuy nhiên, đó là khả năng của Einstein để tưởng tượng ra một điều gì đó nếu Vũ trụ trong đó lực hấp dẫn của Newton sai về cơ bản và chỉ là một xấp xỉ của Vũ trụ thực tế. Nhiều mô hình của trọng lực thay thế đã được đưa ra và cố gắng trong nhiều năm, chỉ để rơi bên đường khi Newton nổi lên chiến thắng. Nhưng sự thay thế toán học cho không gian Euclide phẳng, ba chiều đã tồn tại và thực tế được chấp nhận rằng Vũ trụ theo cách này vẫn là một giả định chưa được chứng minh.

Bằng cách coi không thời gian như một tấm vải bốn chiều, một thứ bị biến dạng bởi sự hiện diện của vật chất và năng lượng, Einstein - với sự giúp đỡ của một số nhà toán học và các nhà vật lý khác - đã có thể đến Thuyết tương đối rộng. Để làm như vậy, anh ta đã phải đưa ra một số giả định không thể nói ra: không gian đó là cố định và tuyệt đối, thời gian đó được đánh dấu ở cùng một tỷ lệ cho mọi người, rằng đồng hồ ở các vị trí khác nhau có thể được đồng bộ hóa hoàn hảo. Trừ khi bạn tự học Thuyết tương đối rộng, bạn hiếm khi nghe các nhà khoa học như Hermann Minkowski, Simon Newcomb, Hendrik Lorentz, Bernhard Riemann, Marcel Grossman hay Henri Poincare, nhưng tất cả họ đều có những đóng góp đáng kinh ngạc để đưa Einstein vượt qua những giả định của Newton. Khi làm như vậy, ông đã cách mạng hóa bức tranh Vũ trụ của chúng ta.

Mô hình rắn Platonic của Kepler về hệ Mặt trời từ Mysterium Cosmographicum (1596). Tín dụng hình ảnh: Julian Kepler.

4. Theo trực giác của bạn sẽ không bao giờ giúp bạn đi xa như làm toán. Đến với một lý thuyết đẹp, mạnh mẽ và hấp dẫn là mơ ước của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới, và đã có từ lâu đã có các nhà khoa học. Khi Copernicus đưa ra mô hình nhật tâm của mình, nó rất hấp dẫn đối với nhiều người, nhưng quỹ đạo tròn của anh ta không thể giải thích các quan sát của các hành tinh cũng như các vòng quay của Ptolemy - xấu như họ - đã làm. Khoảng 50 năm sau, Johannes Kepler đã xây dựng dựa trên ý tưởng của Copernicus và đưa ra Mysterium Cosmographicum: một loạt các quả cầu lồng nhau có tỷ lệ có thể giải thích quỹ đạo của các hành tinh. Ngoại trừ, dữ liệu không phù hợp. Khi anh ta làm toán, những con số không cộng lại.

Nhưng những gì đã thêm vào các con số là sử dụng dấu chấm lửng thay vì hình tròn. Việc Kepler thực sự làm toán, đã loại bỏ ý tưởng về các vòng tròn, hình cầu lồng nhau và hình học hoàn hảo để thay thế chúng bằng hình chữ nhật xấu xí nhưng hình elip phù hợp hơn dẫn đến định luật về chuyển động hành tinh phù hợp với sự hiểu biết hiện tại của chúng ta. Ba định luật của Kepler vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay và đã giúp phát sinh định luật hấp dẫn của Newton. Không ai trong số này có thể xảy ra nếu anh ta không thực hiện công việc định lượng - toán học - và đi theo nơi nó dẫn đến.

Các quan sát ban đầu năm 1929 về sự mở rộng Hubble của Vũ trụ, sau đó là các quan sát chi tiết hơn, nhưng cũng không chắc chắn. Tín dụng hình ảnh: Robert P. Kirshner (phải), Edwin Hubble (L).

5. Bạn sẽ không bao giờ biết liệu có cách nào tốt hơn để làm một cái gì đó trừ khi bạn thử nghiệm nó. Đầu những năm 1920, mọi người cho rằng Vũ trụ là tĩnh. Rốt cuộc, nó dường như không mở rộng hoặc hợp đồng; nó dường như vẫn giữ nguyên theo thời gian. Các nhà khoa học như Alexander Friedmann và Georges Lemaître đã đưa ra các mô hình lý thuyết trong Thuyết tương đối rộng nơi Vũ trụ mở rộng, nhưng Einstein - một người hâm mộ Vũ trụ tĩnh - vẫn không bị lay chuyển, thậm chí nói với Lemaitre, tính toán của bạn là chính xác. Nhưng cách duy nhất để biết là đưa nó vào thử nghiệm.

Chỉ khi Hubble phát hiện ra khoảng cách đến các thiên hà, và thêm vào các phép đo tốc độ của chúng mới có thể thực sự được kiểm tra. Với việc phát hành dữ liệu năm 1929 của mình - và công trình lý thuyết tiếp theo của Howard Percy Robertson - đã làm cho Vũ trụ mở rộng (và Luật Hubble) trở thành mốt. Đó là một thử nghiệm quan trọng, và đã thành công đến mức Vũ trụ mở rộng vẫn là một thành công của sự thành công về mặt lý thuyết và quan sát cho đến ngày nay.

Vũ trụ là một nơi tuyệt vời, và ngày nay nó trở thành một thứ rất đáng để học hỏi với khả năng tốt nhất của chúng ta. Tín dụng hình ảnh: NASA, ESA, Nhóm di sản Hubble (STScI / AURA); J. Blakeslee.

Trong khi hầu hết chúng ta sẽ không bao giờ đạt được những đột phá khoa học tuyệt vời như vậy, không có lý do gì chúng ta không thể thành công trong năm đấu trường này trong tất cả các khía cạnh của cuộc sống. Thất bại ở một cái gì đó, có một ý tưởng tồi hoặc đơn giản là sai không phải là tiêu cực; họ chỉ đơn giản là những bước cần thiết trên con đường dẫn đến thành công, cho chính bạn hoặc cho những người đi cùng bạn. Giải quyết vấn đề là điều chỉ có thể xảy ra khi nó được xây dựng đúng cách và thực hiện các bước đối với công thức chính xác đó có giá trị trong chính nó. Xác định và thách thức các giả định của bạn thường có thể là công cụ để tạo ra một bước tiến lớn; thế giới có thể không cần phải làm việc theo cách chúng ta hiện đang quan niệm. Bạn phải luôn luôn làm toán nếu bạn muốn biết chắc chắn; tin tưởng vào trực giác của bạn quá nhiều là một công thức cho thảm họa. Và không có lý do gì để không đối đầu ngay cả những ý tưởng được tổ chức thiêng liêng nhất mà bạn có với dữ liệu mà Vũ trụ và thế giới cung cấp.

Bạn không cần phải là một nhà khoa học để đánh giá cao những bài học khoa học này. Thật vậy, học chúng là cách duy nhất để ngăn chặn sự thiếu hiểu biết đe dọa chúng ta, hoặc thậm chí nhận ra nó ở nơi nó tồn tại.

Bài đăng này lần đầu tiên xuất hiện tại Forbes và được những người ủng hộ Patreon của chúng tôi mang đến cho bạn quảng cáo miễn phí. Nhận xét trên diễn đàn của chúng tôi, và mua cuốn sách đầu tiên của chúng tôi: Beyond The Galaxy!