Однією з переваг бути астрофізиком є ваш щотижневий електронний лист від того, хто стверджує, що "довів Ейнштейна неправильно". Усі вони видаляються досить швидко, не тому, що астрофізики занадто індоктринізовані у встановлених теоріях, а тому, що ніхто з них не визнає, як замінюють теорії.
Наприклад, наприкінці 1700-х років існувала теорія тепла, відома як калорійність. Основна ідея калорійності полягала в тому, що це рідина, яка існує в межах матеріалів. Ця рідина була самовідштовхувальною, це означає, що вона намагатиметься розподілитися якомога рівномірніше. Ми не могли спостерігати цю рідину безпосередньо, але чим калорійніше матеріал, тим більша його температура.
З цієї теорії ви отримуєте кілька прогнозів, які насправді працюють. Оскільки ви не можете створити або знищити калорійність, тепло (енергія) зберігається. Якщо поставити холодний предмет поруч з гарячим предметом, калорійність у гарячому об’єкті поширюватиметься на холодний об’єкт, поки вони не досягнуть тієї ж температури. Коли повітря розширюється, калорійність розподіляється тонше, тим самим температура падає. Коли повітря стискається, на калорію припадає більше калорій, і температура підвищується.
Зараз ми знаємо, що немає «теплової рідини», відомої як калорійність. Тепло - це властивість руху (кінетичної енергії) атомів або молекул у матеріалі. Тож у фізиці ми кинули калорійну модель з точки зору кінетичної теорії. Ви можете сказати, що зараз ми знаємо, що калорійна модель абсолютно неправильна.
За винятком того, що це не так. Принаймні не більше помиляється, ніж це було колись.
Основне припущення про "теплову рідину" не відповідає дійсності, але модель робить правильні прогнози. Насправді калорійна модель працює так само добре, як сьогодні в кінці 1700-х. Ми вже не використовуємо це, оскільки у нас є новіші моделі, які працюють краще. Кінетична теорія робить усі прогнози калорійними і більше. Кінетична теорія навіть пояснює, як теплову енергію матеріалу можна наблизити до рідини.
Це ключовий аспект наукових теорій. Якщо ви хочете замінити надійну наукову теорію на нову, нова теорія повинна вміти робити більше, ніж стара. Коли ви замінюєте стару теорію, тепер ви розумієте межі цієї теорії та як вийти за її межі.
У деяких випадках, навіть коли стара теорія витісняється, ми продовжуємо її використовувати. Такий приклад можна побачити в законі гравітації Ньютона. Коли Ньютон запропонував свою теорію універсальної сили тяжіння в 1600-х роках, він описав гравітацію як силу притягання між усіма масами. Це дозволило правильно передбачити рух планет, відкриття Нептуна, основне співвідношення між масою зірки та її температурою, і далі. Ньютонівська гравітація була і є надійною науковою теорією.
Тоді на початку 1900-х років Ейнштейн запропонував іншу модель, відому як загальна відносність. Основна передумова цієї теорії полягає в тому, що гравітація обумовлена викривленням простору і часу масами. Незважаючи на те, що гравітаційна модель Ейнштейна кардинально відрізняється від ньютонівської, математика теорії показує, що рівняння Ньютона є приблизним рішенням рівнянь Ейнштейна. Все, що прогнозує гравітація Ньютона, робить і Ейнштейн. Але Ейнштейн також дозволяє нам правильно моделювати чорні діри, великий удар, прецесію орбіти Меркурія, розширення часу та багато іншого, і все це було експериментально підтверджено.
Так Ейнштейн козиряє Ньютона. Але з теорією Ейнштейна працювати набагато складніше, ніж з Ньютоном, тому ми часто використовуємо рівняння Ньютона для обчислення речей. Наприклад, рух супутників, або екзопланет. Якщо нам не потрібна точність теорії Ейнштейна, ми просто використовуємо Ньютона, щоб отримати відповідь, що є "досить хорошою". Ми, можливо, довели, що теорія Ньютона є "неправильною", але ця теорія все ще така ж корисна і точна, як і раніше.
На жаль, багато хто починаючий Ейнштейн цього не розуміє.
Для початку гравітація Ейнштейна ніколи не буде доведена неправильно теорією. Експериментальні докази, які показують, що загальна відносність не спрацьовує, виявляться помилковими. Теорія Ейнштейна не витіснила Ньютона, поки ми не мали експериментальних доказів, які погодилися з Ейнштейном і не погодилися з Ньютоном. Тому, якщо у вас немає експериментальних доказів, які явно суперечать загальній відносності, твердження про "спростування Ейнштейна" потраплять на глухі вуха.
Іншим способом сповістити Ейнштейна було б розробити теорію, яка чітко показує, як теорія Ейнштейна є наближенням вашої нової теорії, або як пройшла загальна відносність експериментальних тестів, також передається вашою теорією. В ідеалі ваша нова теорія також зробить нові прогнози, які можна перевірити розумним чином. Якщо ви зможете це зробити і зможете чітко представити свої ідеї, вас будуть слухати. Теорія струн та ентропічна гравітація - приклади моделей, які намагаються зробити саме це.
Але навіть якщо комусь вдасться створити теорію краще, ніж Ейнштейн (а хтось майже напевно буде), теорія Ейнштейна все одно буде такою ж справедливою, як і раніше. Ейнштейн не виявиться неправим, ми просто зрозуміємо межі його теорії.
