Die nächste große Sache

Was wissen wir nicht über das, was wir wissen, dass es existiert, für das jedoch niemand vollständigen und endgültigen Beweis hat? Ein wenig oder nichts. Allerdings sind ‚die Unwissenden‘ nicht nur Menschen, die von dem bloßen Gedanken erschöpft sind, einen langen Zeitungsartikel zu lesen, sondern auch Wissenschaftler. Aber sie, im Gegensatz zu den ersteren, lernen ständig, forschen und – produzieren neue bekannte – unbekannte Fakten. Als Wissenschaftler am Schweizer CERN 2012 das Gottesteilchen, das Higgs-Boson, entdeckten, das ein integraler Bestandteil jeder Materie ist, setzten sie ihre Studien zu diesem Phänomen fort und analysierten nach nur einem Jahr zweieinhalbmal mehr Daten als sie während der großen Entdeckung zur Verfügung hatten.

Aus diesem Beispiel könnten wir schließen, dass Unwissenheit unendlich ist, während Wissen begrenzt ist. Was jedoch eine Annahme ist, ist keine Unwissenheit, sondern etwas, das noch bewiesen werden muss. Die Existenz des Gottesteilchens wurde bereits 1964 von mehreren Physikern vorhergesagt, aber es dauerte mehr als ein halbes Jahrhundert, um seine Existenz zu beweisen. Zu dieser Zeit beschäftigten sich drei unabhängige Gruppen von Wissenschaftlern mit dem Gottesteilchen, darunter François Englert und Peter Higgs, die für diese Entdeckung 2013 den Nobelpreis erhielten.

Vielleicht wird es nicht noch ein halbes Jahrhundert dauern, bis jemand erfolgreich ein schwarzes Loch auf Kamera festhält, die genaue Quelle der Gravitationswellen bestimmt, die männliche Schildkröte korrekt benennt und die Fortpflanzung von Aalen auf Kamera aufzeichnet. Es gibt unzählige Fragen, die mit dem kosmischen Geheimnis der Oortsche Wolke verbunden sind, sowie wo sich die magnetischen Empfänger von Tauben, Fledermäusen, Schildkröten und anderen Tieren, die sich nach dem Magnetfeld orientieren, befinden… Dennoch sind die bekanntesten Unbekannten im Weltraum verborgen, teilweise sogar das mathematische Konzept der Unendlichkeit. Aber in der Mathematik gibt es verschiedene Arten von Unendlichkeit, die in Operationen verwendet werden, die eine sehr wichtige Rolle in Computerprogrammen spielen.

Warum ist die Wissenschaft nicht in der Lage, die Mehrdeutigkeiten dessen, was wir wissen, dass es existiert, aber nicht wissen, wie, wo und wie viel es existiert, sofort zu erklären?

Dies erklärt der Astrophysiker Prof. Dr. Dejan Vinković von der Fakultät für Naturwissenschaften in Split, der Sternenstaub, den Prozess seiner Verbrennung und Plasmaphysik studiert und sein Institut für Synergie von Wissenschaft und Gesellschaft leitet. Er ist auch der Leiter des Projekts zur Entwicklung von Wissen und Technologie für die Nutzung großer Datenmengen in der Astroinformatik und Geoinformatik, das vom Institut für Synergie und Wissenschaft geleitet wird und an dem wissenschaftliche Teams aus 24 Ländern teilnehmen. Vinković ist einer der wenigen kroatischen Wissenschaftler, die nach zehn Jahren Studium und Arbeit in den USA nach Kroatien zurückgekehrt sind. Er promovierte an der University of Kentucky und arbeitete als Forscher am Institute for Advanced Study in Princeton, bevor er an die Fakultät für Naturwissenschaften in Split kam, um das Astrophysikprogramm zu eröffnen.

Er behauptet, dass die Entwicklung neuer Technologien einen zunehmenden Druck auf die Wissenschaft erzeugt, da sie neue Möglichkeiten eröffnet, die Wissenschaftler nutzen möchten, und neue numerische Modelle entwickelt. Eine andere Art von Druck kommt von der Speicherkapazität; es gibt zu viele Daten zu speichern und zu analysieren, und darin sind Fakten enthalten, die wir nicht kennen und deren wissenschaftliches Potenzial sehr groß ist.

– Aufgrund der übermäßigen Menge an Daten und der Geschwindigkeit, mit der neue Daten gewonnen werden, ändert sich auch die Genauigkeit, da 99 Prozent der Daten, die Wissenschaftler nicht einmal berühren können. Daher die Annahme, dass etwas existiert, aber nicht vollständig bewiesen ist. Es gibt bekanntes Wissen – Sie wissen, dass einige Dinge existieren und alles über sie, es gibt bekanntes Unbekanntes – Sie wissen, dass einige Dinge existieren, aber Sie wissen nicht genug über sie, und es gibt unbekanntes Wissen – in dem Fakten verborgen sind, die nicht bekannt sind.

Vinković glaubt, dass eine Revolution bei der Entdeckung des Unbekannten eingeleitet werden sollte, da viele Daten, die wir nicht kennen, von großem Nutzen wären. Er betont auch, dass vor zehn Jahren, aufgrund der zunehmenden Menge an verfügbaren Daten, die Notwendigkeit bestand, die wissenschaftliche Methodologie zu ändern, auf deren Grundlage neue Erkenntnisse gewonnen werden.

– Es gibt einige Dinge, die wir nicht wissen, dass wir sie nicht wissen – betont Prof. Dr. Vinković und erinnert daran, dass vor vierhundert Jahren mit Galileo Galilei die Entwicklung mathematischer Modelle begann, die die Art und Weise, wie wir die Welt studieren, grundlegend veränderten und zu industriellen Revolutionen führten. Und vor vierzig Jahren tauchten Computer auf und veränderten die Wissenschaft grundlegend. Wir wurden von einem Tsunami von Daten überschwemmt, und viel Wissenschaft ist in statistischen Auswertungen dieser Daten verborgen.

– Jedes Experiment in der Wissenschaft hat dieses bekannte Unbekannte als integralen Bestandteil der Messung eingebettet. Aber wenn wir über einige große Beispiele gezielter Forschung des bekannten Unbekannten sprechen, ist das einfachste Beispiel – die Forschung zu dunkler Materie und dunkler Energie. Wir wissen indirekt, dass diese Phänomene existieren, wir haben ihnen sogar Namen gegeben, aber wir wissen immer noch nicht, was sie sind. Im Wesentlichen kommen in der Wissenschaft neue Durchbrüche oft dank unbekannter Unbekannter – Phänomene, die wir entdecken, ohne sie im Voraus erwartet zu haben, d.h. zu wissen, dass sie existieren. Schließlich wurde so die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie entdeckt – sagt Vinković.

Als Beispiel für das bekannte Unbekannte hebt er alltägliche Situationen hervor, in denen Sie wissen, dass es eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass eine erwartete Art von Problem auftreten wird. Unter anderem sind dies Risiken, die bei der Aufnahme eines Projekts oder einer Aktivität berücksichtigt werden. In der Wissenschaft wird dies auch als Fehler behandelt, der in das Endergebnis eingerechnet wird, da bekannt ist, dass ein bestimmter Wert nicht perfekt genau gemessen oder berechnet werden kann. Er betont, dass das bekannte Unbekannte überall ist, nicht nur in der Wissenschaft. Im Alltag sind wir gezwungen, eine Reihe von Entscheidungen zu treffen, ohne alle notwendigen Informationen zur Verfügung zu haben, sodass wir diese Entscheidungen treffen, in dem Wissen, dass es Unbekannte gibt. Ein Unbekanntes ist zum Beispiel, wie andere Menschen auf einige unserer Schritte reagieren werden, weshalb wir uns auf mehrere mögliche Szenarien vorbereiten müssen.

Aber warum wissen wir zum Beispiel, dass die Oortsche Wolke existiert, aber wir haben nicht mehr Informationen darüber?

– Die Oortsche Wolke ist ein Bereich weit weg von der Sonne, wo ‚Kometen leben‘. Sie sind so weit entfernt, dass die Schwerkraft der Sonne extrem klein ist, aber dennoch ausreichend, um sie gravitationell an das Sonnensystem zu binden. Kleine Störungen aus der Nachbarschaft reichen jedoch aus, um diese Kometen aus ihren Bahnen zu werfen, und dann treten zwei Optionen auf – entweder wird der Komet näher zur Sonne ziehen oder er wird für immer aus dem System fliegen. Wir wissen, dass die Oortsche Wolke existiert, weil wir die Bahnen von Kometen sehen, die aus diesen fernen Positionen kommen. Und da Kometen kleine Objekte sind, die gefroren und inaktiv sind, wenn sie so weit entfernt sind, ist es unmöglich, sie direkt zu erkennen. Nur wenn ein Komet näher zur Sonne kommt und aktiv wird, können wir ihn mit Teleskopen erkennen – erklärt Prof. Dr. Vinković.

Niemand hat bisher die Quelle der Gravitationswellen entdeckt, von denen wir kürzlich erfahren haben, dass sie existieren, aber Vinković betont, dass sie sehr wahrscheinlich das Ergebnis der Kollision von zwei schwarzen Löchern sind.

– Wenn mehr Gravitationswellendetektoren aktiviert werden, wird es möglich sein, durch den Vergleich aller ihrer Signale noch präziser zu bestimmen, woher sie kommen, und wir werden gleichzeitig in der Lage sein, Teleskope in diese Richtung zu lenken – sagt Vinković und erklärt, was schwarze Löcher sind, ein weiteres bekanntes Unbekanntes.

Heute sind sie aufgrund ihrer Umgebung, die sehr intensiv strahlt, recht häufig zu erkennen. Im Fall von riesigen schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien ist diese Strahlung so intensiv, dass wir sie vom ‚Rand‘ des Universums sehen, oder aus Entfernungen, die so groß sind, dass das Signal fast so lange gereist ist, wie das Universum alt ist. Ihre Umgebung strahlt aufgrund der umgebenden Materie (Gas, Sterne), die in sie fällt, und sich auf sehr hohe Temperaturen erhitzt und auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.

Wissenschaftler suchen immer noch nach der Antwort auf die Frage, warum einige Tiere wie Schildkröten, Fledermäuse, Tauben… sich nach dem Magnetfeld orientieren, aber bisher hat niemand ihren magnetischen Empfänger entdeckt.

Prof. Dr. Vinković betont, dass in diesem Fall ungefähr bekannt ist, was passiert und welche Möglichkeiten bestehen. Auf zellulärer Ebene gibt es Nanopartikel, die auf das Magnetfeld reagieren, aber genau weil es sich um einen extrem kleinen Mechanismus handelt und die Experimente ziemlich komplex sind, können sie nicht einfach zeigen, wie der Erkennungsprozess abläuft. Aber mit der Zeit sammelt sich Wissen darüber an.

– Die Wissenschaft ist immer offen für die Möglichkeit, dass einige Kenntnisse falsch oder unvollständig sind. Oft versteht die Öffentlichkeit den Unterschied zwischen diesen beiden Konzepten nicht. Falsch bedeutet, dass Sie dachten, die Ursache von etwas sei A, sich aber herausstellt, dass es B ist. In der Wissenschaft geht es jedoch meistens darum, dass neues Wissen ein Phänomen besser, umfassender und vollständiger erklärt. Es wird oft gesagt, dass Einsteins Gravitationstheorie gezeigt hat, dass Newton falsch war. Das ist nicht wahr. Wir verwenden immer noch hauptsächlich Newtons Gravitationstheorie, aber es gibt physikalische Bedingungen, unter denen sie an Genauigkeit verliert, und es ist notwendig, Einsteins Formeln einzubeziehen, zum Beispiel bei starker Gravitation oder hoher Präzision – betont Prof. Dr. Vinković.

Aus diesem Grund ist die Entwicklung von Technologie wichtig, da sie zunehmend ausgeklügelte Detektoren und Rechenfähigkeiten mit sich bringt, die bei der Erforschung und Erklärung des bekannten Unbekannten helfen.