Yksi astrofyysikon eduista on viikoittainen sähköpostiviestisi henkilöltä, joka väittää 'osoittaneensa Einsteinin vääräksi'. Nämä joko eivät sisällä matemaattisia yhtälöitä ja käyttävät lauseita, kuten 'on ilmeistä, että...', tai ne ovat sivu toisensa jälkeen monimutkaisia yhtälöitä, joissa on kymmeniä tieteellisiä termejä, joita käytetään ei-perinteisillä tavoilla. Ne kaikki poistetaan melko nopeasti, ei siksi, että astrofyysikot olisivat liian indoktrinoituneita vakiintuneisiin teorioihin, vaan koska kukaan heistä ei tunnusta, kuinka teoriat korvataan.
Esimerkiksi 1700-luvun lopulla oli lämpöteoria, joka tunnettiin nimellä kalori. Kalorien perusidea oli, että se oli nestettä, joka oli materiaalien sisällä. Tämä neste oli itsestään hylkivää, eli se pyrkisi leviämään mahdollisimman tasaisesti. Emme voineet tarkkailla tätä nestettä suoraan, mutta mitä kaloriisempi materiaali on, sitä korkeampi sen lämpötila.
Jääkalorimetri Antoine Lavoisierin teoksesta 1789 Elements of Chemistry. (Julkinen verkkotunnus)
Tästä teoriasta saat useita ennusteita, jotka todella toimivat. Koska et voi luoda tai tuhota kaloreita, lämpö (energia) säilyy. Jos asetat kylmän esineen kuuman esineen viereen, kuuman esineen kalorit leviävät kylmään esineeseen, kunnes ne saavuttavat saman lämpötilan. Kun ilma laajenee, kalori jakautuu ohuemmaksi, jolloin lämpötila laskee. Kun ilmaa puristetaan, kaloreita on enemmän tilavuutta kohti ja lämpötila nousee.
Tiedämme nyt, ettei ole olemassa 'lämpönestettä', joka tunnetaan nimellä kalori. Lämpö on materiaalissa olevien atomien tai molekyylien liikkeen (kineettisen energian) ominaisuus. Joten fysiikassa olemme hylänneet kalorimallin kineettisen teorian suhteen. Voisi sanoa, että tiedämme nyt, että kalorimalli on täysin väärä.
Paitsi että ei ole. Ei ainakaan enempää väärin kuin koskaan.
Perusoletus 'lämpönesteestä' ei vastaa todellisuutta, mutta malli tekee ennusteita, jotka pitävät paikkansa. Itse asiassa kalorimalli toimii yhtä hyvin nykyään kuin 1700-luvun lopulla. Emme käytä sitä enää, koska meillä on uudempia malleja, jotka toimivat paremmin. Kineettinen teoria tekee kaikista ennusteista kalorien ja enemmän. Kineettinen teoria jopa selittää, kuinka materiaalin lämpöenergia voidaan arvioida nesteenä.
Tämä on tieteellisten teorioiden keskeinen näkökohta. Jos haluat korvata vankan tieteellisen teorian uudella, uuden teorian on kyettävä tekemään enemmän kuin vanha. Kun korvaat vanhan teorian, ymmärrät nyt tuon teorian rajat ja kuinka siirtyä sen yli.
Joissakin tapauksissa, vaikka vanha teoria syrjäytetään, jatkamme sen käyttöä. Tällainen esimerkki voidaan nähdä Newtonin painovoimalaissa. Kun Newton ehdotti teoriaansa yleisestä painovoimasta 1600-luvulla, hän kuvaili painovoimaa vetovoimana kaikkien massojen välillä. Tämä mahdollisti planeettojen liikkeen oikean ennustamisen, Neptunuksen löytämisen, tähden massan ja lämpötilan välisen perussuhteen ja edelleen. Newtonin painovoima oli ja on vankka tieteellinen teoria.
Sitten 1900-luvun alussa Einstein ehdotti erilaista mallia, joka tunnetaan nimellä yleinen suhteellisuusteoria. Tämän teorian peruslähtökohtana on, että painovoima johtuu tilan ja ajan massojen kaarevuudesta. Vaikka Einsteinin painovoimamalli eroaa radikaalisti Newtonin mallista, teorian matematiikka osoittaa, että Newtonin yhtälöt ovat likimääräisiä ratkaisuja Einsteinin yhtälöille. Kaiken Newtonin painovoima ennustaa, Einsteinin myös tekee. Mutta Einstein antaa meille myös mahdollisuuden mallintaa oikein mustia aukkoja, alkuräjähdystä, Merkuriuksen kiertoradan precessiota, aikadilataatiota ja paljon muuta, jotka kaikki on kokeellisesti validoitu.
Joten Einstein voittaa Newtonin. Mutta Einsteinin teoria on paljon vaikeampi työstää kuin Newtonin teoria, joten usein käytämme Newtonin yhtälöitä asioiden laskemiseen. Esimerkiksi satelliittien tai eksoplaneettojen liike. Jos emme tarvitse Einsteinin teorian tarkkuutta, käytämme yksinkertaisesti Newtonia saadaksemme vastauksen, joka on 'riittävän hyvä'. Olemme saaneet todistaa Newtonin teorian 'vääräksi', mutta teoria on silti yhtä hyödyllinen ja tarkka kuin koskaan.
Valitettavasti monet orastavat Einsteinit eivät ymmärrä tätä.
Binääriaallot mustista aukoista. Kuvan luotto: K. Thorne (Caltech), T. Carnahan (NASA GSFC)
Ensinnäkin Einsteinin painovoimaa ei koskaan todisteta vääräksi teorialla. Se osoittautuu vääräksi kokeellisilla todisteilla, jotka osoittavat, että yleisen suhteellisuusteorian ennusteet eivät toimi. Einsteinin teoria ei syrjäyttänyt Newtonin teoriaa, ennen kuin meillä oli kokeellisia todisteita, jotka olivat samaa mieltä Einsteinin kanssa eivätkä olleet samaa mieltä Newtonin kanssa. Joten ellei sinulla ole kokeellista näyttöä, joka on selvästi ristiriidassa yleisen suhteellisuusteorian kanssa, väitteet 'Einsteinin kumoamisesta' putoavat kuuroille korville.
Toinen tapa voittaa Einstein on kehittää teoria, joka osoittaa selvästi, kuinka Einsteinin teoria on likimääräinen uusi teoriasi tai kuinka yleisen suhteellisuusteorian läpäisseet kokeelliset testit myös läpäisevät teoriasi. Ihannetapauksessa uusi teoriasi tekee myös uusia ennusteita, jotka voidaan testata järkevällä tavalla. Jos pystyt siihen ja pystyt esittämään ajatuksesi selkeästi, sinua kuunnellaan. Kieleteoria ja entrooppinen painovoima ovat esimerkkejä malleista, jotka yrittävät tehdä juuri niin.
Mutta vaikka joku onnistuisikin luomaan teorian paremmin kuin Einsteinin (ja joku melkein varmasti tekee), Einsteinin teoria on silti yhtä pätevä kuin koskaan. Einsteinia ei ole todistettu vääräksi, me yksinkertaisesti ymmärrämme hänen teoriansa rajat.