Ένα από τα πλεονεκτήματα του να είσαι αστροφυσικός είναι το εβδομαδιαίο email σου από κάποιον που ισχυρίζεται ότι έχει «αποδείξει λάθος τον Αϊνστάιν». Όλοι διαγράφονται πολύ γρήγορα, όχι επειδή οι αστροφυσικοί είναι πολύ ενοχλημένοι στις καθιερωμένες θεωρίες, αλλά επειδή κανένας από αυτούς δεν αναγνωρίζει πώς αντικαθίστανται οι θεωρίες.
Για παράδειγμα, στα τέλη του 1700 υπήρχε μια θεωρία θερμότητας γνωστή ως θερμιδική. Η βασική ιδέα των θερμίδων ήταν ότι ήταν ένα υγρό που υπήρχε μέσα στα υλικά. Αυτό το υγρό ήταν αυτοαπωθητικό, που σημαίνει ότι θα προσπαθούσε να εξαπλωθεί όσο πιο ομοιόμορφα γίνεται. Δεν μπορούσαμε να παρατηρήσουμε αυτό το υγρό άμεσα, αλλά όσο πιο θερμιδικό υλικό έχει τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του.
Από αυτήν τη θεωρία λαμβάνετε αρκετές προβλέψεις που πραγματικά λειτουργούν. Δεδομένου ότι δεν μπορείτε να δημιουργήσετε ή να καταστρέψετε θερμίδες, η θερμότητα (ενέργεια) διατηρείται. Εάν τοποθετήσετε ένα ψυχρό αντικείμενο δίπλα σε ένα ζεστό αντικείμενο, το θερμιδικό στο θερμό αντικείμενο θα εξαπλωθεί στο κρύο αντικείμενο μέχρι να φτάσουν στην ίδια θερμοκρασία. Όταν διογκώνεται ο αέρας, το θερμιδικό άρωμα απλώνεται πιο λεπτά, επομένως η θερμοκρασία μειώνεται. Όταν ο αέρας συμπιέζεται υπάρχει περισσότερος θερμιδικός ανά όγκο και η θερμοκρασία αυξάνεται.
Γνωρίζουμε τώρα ότι δεν υπάρχει «θερμικό υγρό» γνωστό ως θερμιδικό. Η θερμότητα είναι μια ιδιότητα της κίνησης (κινητική ενέργεια) ατόμων ή μορίων σε ένα υλικό. Έτσι, στη φυσική έχουμε ρίξει το θερμιδικό μοντέλο από την άποψη της κινητικής θεωρίας. Θα μπορούσατε να πείτε ότι γνωρίζουμε τώρα ότι το θερμιδικό μοντέλο είναι εντελώς λάθος.
Εκτός δεν είναι. Τουλάχιστον όχι πιο λάθος από ποτέ.
Η βασική υπόθεση ενός «θερμικού υγρού» δεν ταιριάζει με την πραγματικότητα, αλλά το μοντέλο κάνει προβλέψεις που είναι σωστές. Στην πραγματικότητα, το θερμιδικό μοντέλο λειτουργεί τόσο καλά σήμερα όσο έκανε στα τέλη του 1700. Δεν το χρησιμοποιούμε πλέον, επειδή έχουμε νεότερα μοντέλα που λειτουργούν καλύτερα. Η κινητική θεωρία κάνει όλες τις προβλέψεις θερμίδες κάνει και πολλά άλλα. Η κινητική θεωρία εξηγεί ακόμη και πώς η θερμική ενέργεια ενός υλικού μπορεί να προσεγγιστεί ως υγρό.
Αυτή είναι μια βασική πτυχή των επιστημονικών θεωριών. Εάν θέλετε να αντικαταστήσετε μια ισχυρή επιστημονική θεωρία με μια νέα, η νέα θεωρία πρέπει να είναι σε θέση να κάνει περισσότερα από την παλιά. Όταν αντικαθιστάτε την παλιά θεωρία, τώρα καταλαβαίνετε τα όρια αυτής της θεωρίας και πώς να προχωρήσετε πέρα από αυτήν.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και όταν αντικαθίσταται μια παλιά θεωρία, συνεχίζουμε να τη χρησιμοποιούμε. Ένα τέτοιο παράδειγμα φαίνεται στον νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα. Όταν ο Νεύτωνας πρότεινε τη θεωρία της καθολικής βαρύτητας το 1600, περιέγραψε τη βαρύτητα ως δύναμη έλξης μεταξύ όλων των μαζών. Αυτό επέτρεψε τη σωστή πρόβλεψη της κίνησης των πλανητών, την ανακάλυψη του Ποσειδώνα, τη βασική σχέση μεταξύ της μάζας ενός αστεριού και της θερμοκρασίας του, και συνεχώς. Η βαρύτητα του Νεύτωνα ήταν και είναι μια ισχυρή επιστημονική θεωρία.
Στη συνέχεια, στις αρχές του 1900 ο Αϊνστάιν πρότεινε ένα διαφορετικό μοντέλο γνωστό ως γενική σχετικότητα. Η βασική προϋπόθεση αυτής της θεωρίας είναι ότι η βαρύτητα οφείλεται στην καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου από τις μάζες. Παρόλο που το μοντέλο βαρύτητας του Αϊνστάιν είναι ριζικά διαφορετικό από το Νεύτωνα, τα μαθηματικά της θεωρίας δείχνουν ότι οι εξισώσεις του Νεύτωνα είναι κατά προσέγγιση λύσεις στις εξισώσεις του Αϊνστάιν. Ό, τι προβλέπει η βαρύτητα του Νεύτωνα, το κάνει και ο Αϊνστάιν. Αλλά ο Αϊνστάιν μας επιτρέπει επίσης να μοντελοποιήσουμε σωστά τις μαύρες τρύπες, τη μεγάλη έκρηξη, την υποχώρηση της τροχιάς του Ερμή, τη διαστολή του χρόνου και πολλά άλλα, τα οποία έχουν επικυρωθεί πειραματικά.
Έτσι ο Αϊνστάιν νικάει τον Νεύτωνα. Αλλά η θεωρία του Αϊνστάιν είναι πολύ πιο δύσκολο να δουλέψουμε από το Νεύτωνα, οπότε συχνά χρησιμοποιούμε εξισώσεις του Νεύτωνα για να υπολογίσουμε τα πράγματα. Για παράδειγμα, η κίνηση των δορυφόρων ή των εξωπλανητών. Αν δεν χρειαζόμαστε την ακρίβεια της θεωρίας του Αϊνστάιν, απλά χρησιμοποιούμε τον Νεύτωνα για να πάρουμε μια απάντηση που είναι «αρκετά καλή». Μπορεί να έχουμε αποδείξει τη θεωρία του Νεύτωνα «λάθος», αλλά η θεωρία είναι ακόμα τόσο χρήσιμη και ακριβής όσο ήταν ποτέ.
Δυστυχώς, πολλοί εκκολαπτόμενοι Αϊνστάιν δεν το καταλαβαίνουν.
Κατ 'αρχάς, η βαρύτητα του Αϊνστάιν δεν θα αποδειχθεί ποτέ λάθος από μια θεωρία. Θα αποδειχθεί λάθος από πειραματικά στοιχεία που δείχνουν ότι οι προβλέψεις της γενικής σχετικότητας δεν λειτουργούν. Η θεωρία του Αϊνστάιν δεν αντικατέστησε τον Νεύτωνα έως ότου είχαμε πειραματικά στοιχεία που συμφωνούσαν με τον Αϊνστάιν και δεν συμφωνούσαν με τον Νεύτωνα. Επομένως, εκτός εάν έχετε πειραματικά στοιχεία που αντιβαίνουν σαφώς στη γενική σχετικότητα, οι ισχυρισμοί για «απόρριψη του Αϊνστάιν» θα πέσουν στα κωφά αυτιά.
Ο άλλος τρόπος να νικήσετε τον Αϊνστάιν θα ήταν να αναπτύξετε μια θεωρία που να δείχνει ξεκάθαρα πώς η θεωρία του Αϊνστάιν είναι μια προσέγγιση της νέας σας θεωρίας, ή πώς οι πειραματικές δοκιμές που πέρασε η γενική σχετικότητα περνούν επίσης από τη θεωρία σας. Στην ιδανική περίπτωση, η νέα σας θεωρία θα κάνει επίσης νέες προβλέψεις που μπορούν να δοκιμαστούν με λογικό τρόπο. Εάν μπορείτε να το κάνετε αυτό, και μπορείτε να παρουσιάσετε τις ιδέες σας με σαφήνεια, θα ακούσετε. Η θεωρία χορδών και η εντροπική βαρύτητα είναι παραδείγματα μοντέλων που προσπαθούν να κάνουν ακριβώς αυτό.
Αλλά ακόμα κι αν κάποιος καταφέρει να δημιουργήσει μια θεωρία καλύτερη από αυτήν του Αϊνστάιν (και κάποιος σίγουρα θα το κάνει), η θεωρία του Αϊνστάιν θα εξακολουθήσει να είναι τόσο έγκυρη όσο ήταν ποτέ. Ο Αϊνστάιν δεν θα έχει αποδειχθεί λάθος, απλά θα καταλάβουμε τα όρια της θεωρίας του.
