Jedną z zalet bycia astrofizykiem jest cotygodniowy e-mail od osoby, która twierdzi, że „udowodnił, że Einstein się mylił”. Wszystkie są usuwane dość szybko, nie dlatego, że astrofizycy są zbyt indoktrynowani w ustalonych teoriach, ale ponieważ żaden z nich nie przyznaje, w jaki sposób teorie są zastępowane.
Na przykład pod koniec 1700 roku istniała teoria ciepła znana jako kaloryczna. Podstawową ideą kalorii było to, że był to płyn, który istniał w materiałach. Ten płyn sam się odpychał, co oznacza, że będzie się starał rozprowadzać tak równo, jak to możliwe. Nie mogliśmy obserwować tego płynu bezpośrednio, ale im bardziej kaloryczny materiał, tym wyższa jego temperatura.
Na podstawie tej teorii otrzymujesz kilka prognoz, które faktycznie działają. Ponieważ nie możesz tworzyć ani niszczyć kalorii, ciepło (energia) jest oszczędzane. Jeśli umieścisz zimny obiekt obok gorącego obiektu, kaloryczność w gorącym obiekcie rozprzestrzeni się na zimny obiekt, aż osiągnie tę samą temperaturę. Kiedy powietrze się rozszerza, kaloryczność rozkłada się cieńiej, przez co temperatura spada. Gdy powietrze jest sprężane, na objętość przypada więcej kalorii, a temperatura rośnie.
Wiemy teraz, że nie ma „płynu cieplnego” znanego jako kaloryczny. Ciepło jest właściwością ruchu (energii kinetycznej) atomów lub cząsteczek w materiale. Więc w fizyce porzuciliśmy model kaloryczny w kategoriach teorii kinetycznej. Można powiedzieć, że teraz wiemy, że model kaloryczny jest całkowicie błędny.
Tyle że nie. Przynajmniej nie bardziej niż kiedykolwiek wcześniej.
Podstawowe założenie dotyczące „płynu cieplnego” nie pasuje do rzeczywistości, ale model dokonuje poprawnych prognoz. W rzeczywistości model kaloryczny działa równie dobrze dzisiaj, jak pod koniec XVIII wieku. Nie używamy go już, ponieważ mamy nowsze modele, które działają lepiej. Teoria kinetyczna sprawia, że wszystkie prognozy są kaloryczne i nie tylko. Teoria kinetyczna wyjaśnia nawet, w jaki sposób energię cieplną materiału można aproksymować jako płyn.
Jest to kluczowy aspekt teorii naukowych. Jeśli chcesz zastąpić solidną teorię naukową nową, nowa teoria musi być w stanie zrobić więcej niż stara. Kiedy zastępujesz starą teorię, rozumiesz teraz granice tej teorii i jak wyjść poza nią.
W niektórych przypadkach nawet po wyparciu starej teorii nadal ją stosujemy. Taki przykład można zobaczyć w prawie grawitacyjnym Newtona. Kiedy Newton zaproponował swoją teorię powszechnej grawitacji w 1600 roku, opisał grawitację jako siłę przyciągania między wszystkimi masami. Umożliwiło to prawidłowe przewidywanie ruchu planet, odkrycie Neptuna, podstawową zależność między masą gwiazdy i jej temperaturą, i tak dalej. Grawitacja Newtona była i jest solidną teorią naukową.
Następnie na początku XX wieku Einstein zaproponował inny model znany jako ogólna teoria względności. Podstawowym założeniem tej teorii jest to, że grawitacja wynika z krzywizny przestrzeni i czasu przez masy. Chociaż model grawitacji Einsteina jest radykalnie różny od modelu Newtona, matematyka teorii pokazuje, że równania Newtona są przybliżonymi rozwiązaniami równań Einsteina. Wszystko, co przewiduje grawitacja Newtona, podobnie jak Einstein. Ale Einstein pozwala nam również poprawnie modelować czarne dziury, Wielki Wybuch, precesję orbity Merkurego, dylatację czasu i wiele innych, z których wszystkie zostały potwierdzone eksperymentalnie.
Więc Einstein przebija Newtona. Ale z teorią Einsteina jest znacznie trudniej pracować niż z teorią Newtona, dlatego często używamy równań Newtona do obliczania różnych rzeczy. Na przykład ruch satelitów lub egzoplanet. Jeśli nie potrzebujemy precyzji teorii Einsteina, po prostu używamy Newtona, aby uzyskać odpowiedź „wystarczająco dobrą”. Być może udowodniliśmy, że teoria Newtona jest „błędna”, ale teoria jest nadal tak przydatna i dokładna, jak zawsze była.
Niestety wielu początkujących Einsteinów tego nie rozumie.
Po pierwsze, grawitacja Einsteina nigdy nie zostanie udowodniona przez teorię. Zostaną udowodnione błędnie na podstawie dowodów eksperymentalnych wykazujących, że prognozy ogólnej teorii względności nie działają. Teoria Einsteina nie wyparła teorii Newtona, dopóki nie mieliśmy dowodów eksperymentalnych, które zgadzały się z Einsteinem i nie zgadzały się z Newtonem. Więc jeśli nie masz dowodów eksperymentalnych, które wyraźnie zaprzeczają ogólnej teorii względności, twierdzenia o „obaleniu Einsteina” padną na głuche uszy.
Innym sposobem na pokonanie Einsteina byłoby opracowanie teorii, która jasno pokazuje, w jaki sposób teoria Einsteina jest przybliżeniem twojej nowej teorii lub w jaki sposób testy eksperymentalne, które przeszła ogólna teoria względności, są również przekazywane przez twoją teorię. Idealnie, twoja nowa teoria stworzy także nowe prognozy, które można przetestować w rozsądny sposób. Jeśli możesz to zrobić i jasno przedstawić swoje pomysły, zostaniesz wysłuchany. Teoria strun i grawitacja entropijna są przykładami modeli, które próbują to zrobić.
Ale nawet jeśli komuś uda się stworzyć teorię lepszą niż teoria Einsteina (a ktoś prawie na pewno to zrobi), teoria Einsteina nadal będzie tak aktualna, jak zawsze była. Einsteina nie udowodniono, że się myli, po prostu zrozumiemy granice jego teorii.
