Почему Эйнштейн всегда будет прав
Астрофизики шутят, что один из плюсов быть астрофизиком — это каждую неделю получать письма от тех, кто «доказал, что Эйнштейн ошибался». Но эти письма либо не содержат математические уравнения и используют фразы типа «очевидно, что…», либо наполнены сложными уравнениями с десятками научных терминов, которые используются нетрадиционным способом. В частности, это касается и постсоветского пространства. Все письма быстро отметаются, и не только потому, что «проедающие деньги налогоплательщиков» астрофизики слишком «зомбированы» существующей теорией, а потому что никто из них не знает, как теорию можно заменить.
К примеру, в конце 18 века существовала теория тепла, известная как калорическая. Основная идея калорической теории была в том, что внутри материалов находится жидкость. Она выступает в роли само-репеллента, то есть будет пытаться распространиться как можно сильнее и равномернее. Мы не можем наблюдать эту жидкость, но чем больше калорий будет у материала, тем выше будет температура.
Из этой теории вышло несколько предсказаний, которые действительно работают. Поскольку вы не можете уничтожать или создавать калории, энергия тепла сохраняется. Если вы положите холодный объект рядом с горячим, калорийность горячего объекта будет действовать и на холодный, пока тот не нагреется. Когда воздух расширяется, калории распространяются хуже, температура падает. Когда воздух сжимается, калории также сжимаются в объеме, и температура растет.
Теперь мы знаем, что нет «тепловой жидкости». Тепло является свойством движения (кинетической энергией) атомов или молекул в материале. Таким образом, физики заменили калорическую модель кинетической теорией. Теперь мы можем утверждать, что калорическая модель совершенно неверна.
Однако это не так. По крайней мере, она не особо преуспела в своей ошибочности с момента создания.
Основное предположение «тепловой жидкости» не соответствует реальности, но модель сделала предсказания, которые верны. По сути, калорическая модель работает так же хорошо, как в конце 18 века. Мы не используем ее потому, что у нас есть более хорошие модели, которые работают лучше. Кинетическая теория делает все те же прогнозы, что и калорическая, а также многое другое. Кинетическая теория даже объясняет, как тепловую энергию материала можно представить в виде жидкости.
Это ключевой аспект научных теорий. Если вы хотите заменить надежную научную теорию новой, новая теория должна быть в состоянии сделать больше, чем старая. При замене старой теории вы осознаете ее пределы и ограничения и знаете, куда двигаться дальше.
Иногда даже после вытеснения старой теории, мы продолжаем ею пользоваться. Простой пример — закон всемирного тяготения Ньютона. Когда Ньютон предложил свою теорию всемирного тяготения в 17 веке, он описал гравитацию как силу притяжения между всеми массами. Это позволило правильно рассчитать движение планет, открыть Нептун, основное соотношение между массой звезды и ее температурой и так далее. Ньютоновская гравитация была и остается надежной научной теорией.
В начале 20 веке Эйнштейн предложил другую модель, известную как общая теория относительности. Основной предпосылкой этой теории является то, что гравитация связана с искривлением пространства и времени. Несмотря на то, что гравитационная модель Эйнштейна радикально отличается от ньютоновской, математика показывает, что уравнения Ньютона являются приблизительными решениями уравнений Эйнштейна. Все, что предсказал Ньютон, предсказал и Эйнштейн. Однако Эйнштейн также дал нам возможность правильно смоделировать черные дыры, Большой Взрыв, прецессию орбиты Меркурия, замедление времени и многое другое, что было подтверждено экспериментально.
Так что Эйнштейн «круче» Ньютона. Но с теорией Эйнштейна сложнее работать, чем с ньютоновской, поэтому зачастую мы просто используем уравнения Ньютона. Например, чтобы рассчитать движение спутников или экзопланет. Если нам не нужна точность теории Эйнштейна, мы идем к Ньютону, чтобы получить ответ, который является «вполне хорошим». Мы можем доказать, что Ньютон ошибался, но его теория по-прежнему полезна и точна, как и всегда.
К сожалению, многие начинающие эйнштейны этого не понимают.
Стоит начать с того, что эйнштейновская гравитация никогда не будет опровергнута теорией. Она будет опровергнута экспериментальными данными, которые покажут, что предсказания общей теории относительности не работают. Теория Эйнштейна не вытеснит ньютоновскую, пока мы не получим экспериментальные данные, которые будут соглашаться с Эйнштейном и расходиться с Ньютоном во взглядах. Так что если у вас нет экспериментальных доказательств, которые явно противоречат общей теории относительности, попытки «опровергнуть Эйнштейна» будут оставаться за бортом.
Другой способ развенчать Эйнштейна — это разработать теорию, которая очевидно покажет, что теория Эйнштейна по сравнению с ней приблизительная, а все экспериментальное прошлое общей теории относительности сочетается и с этой теорией. В идеале, в рамках новой теории можно будет сделать новые предсказания, которые можно будет и проверить в разумных пределах. Если вы можете сделать это и представить идеи ясно, вы будете услышаны. Теория струн и энтропийная гравитация — примеры моделей, которые попытались это сделать.
Но даже если кто-то преуспеет в создании теории, которая превзойдет эйнштейновскую (и кто-то наверняка это сделает), теория Эйнштейна все равно будет работать, как и раньше. Эйнштейн никогда не ошибется, мы просто расширим пределы его теории.
