En af fordelene ved at være astrofysiker er din ugentlige e-mail fra en person, der hævder at have "bevist Einstein forkert". De slettes alle temmelig hurtigt, ikke fordi astrofysikere er for indoktrinerede i etablerede teorier, men fordi ingen af dem anerkender, hvordan teorierne bliver erstattet.
I slutningen af 1700'erne var der for eksempel en teori om varme kendt som kalori. Den grundlæggende idé med kalorier var, at det var en væske, der eksisterede i materialer. Denne væske var selvafvisende, hvilket betyder, at den ville forsøge at sprede sig så jævnt som muligt. Vi kunne ikke observere denne væske direkte, men jo mere kalorisk et materiale har, jo større er temperaturen.
Fra denne teori får du flere forudsigelser, der faktisk fungerer. Da du ikke kan oprette eller ødelægge kalorieindhold, bevares varme (energi). Hvis du lægger en kold genstand ved siden af en varm genstand, spreder kalorierne i den varme genstand sig ud til den kolde genstand, indtil de når den samme temperatur. Når luft ekspanderer, spreder kalorierne sig mere tyndt, og temperaturen falder således. Når luft komprimeres, er der mere kalorieindhold pr. Volumen, og temperaturen stiger.
Vi ved nu, at der ikke er nogen "varmevæske", der kaldes kalorier. Varme er en egenskab ved bevægelsen (kinetisk energi) af atomer eller molekyler i et materiale. Så i fysik har vi droppet den kalorimodel med hensyn til kinetisk teori. Man kan sige, at vi nu ved, at den kalorimodel er helt forkert.
Bortset fra det er det ikke. I det mindste ikke mere forkert, end det nogensinde var.
Den grundlæggende antagelse af en "varmefluid" stemmer ikke overens med virkeligheden, men modellen giver forudsigelser, der er korrekte. Faktisk fungerer kalorimodellen så godt i dag, som den gjorde i slutningen af 1700-tallet. Vi bruger det ikke længere, fordi vi har nyere modeller, der fungerer bedre. Kinetisk teori gør alle forudsigelser kaloriske gør og mere. Kinetisk teori forklarer endda, hvordan den termiske energi i et materiale kan tilnærmes som en væske.
Dette er et centralt aspekt af videnskabelige teorier. Hvis du ønsker at erstatte en robust videnskabelig teori med en ny, skal den nye teori være i stand til at gøre mere end den gamle. Når du erstatter den gamle teori, forstår du nu grænserne for den teori, og hvordan man bevæger sig ud over den.
I nogle tilfælde fortsætter vi med at bruge den, selv når en gammel teori erstattes. Et sådant eksempel kan ses i Newtons tyngdekraftslov. Da Newton foreslog sin teori om universal tyngdekraft i 1600-tallet beskrev han tyngdekraften som en tiltrækningskraft mellem alle masser. Dette muliggjorde den korrekte forudsigelse af planetenes bevægelse, opdagelsen af Neptun, den grundlæggende forbindelse mellem en stjernemasse og dens temperatur og til og med. Newtonsk tyngdekraft var og er en robust videnskabelig teori.
Derefter foreslog Einstein i de tidlige 1900'ere en anden model kendt som generel relativitet. Den grundlæggende forudsætning for denne teori er, at tyngdekraften skyldes massens krumning af rum og tid. Selvom Einsteins tyngdekraftmodel adskiller sig radikalt fra Newtons, viser matematikken i teorien, at Newtons ligninger er omtrentlige løsninger til Einsteins ligninger. Alt Newtons tyngdekraft forudsiger, Einsteins gør det også. Men Einstein giver os også mulighed for at modellere sorte huller korrekt, big bang, forgang med Mercury's bane, tidsudvidelse og mere, som alle er blevet eksperimentelt valideret.
Så Einstein trumfer Newton. Men Einsteins teori er meget vanskeligere at arbejde med end Newtons, så ofte bruger vi bare Newtons ligninger til at beregne ting. For eksempel bevægelse af satellitter eller eksoplaneter. Hvis vi ikke har brug for præcisionen i Einsteins teori, bruger vi blot Newton til at få et svar, der er "godt nok." Vi har måske bevist Newtons teori “forkert”, men teorien er stadig så nyttig og nøjagtig som den nogensinde var.
Desværre forstår mange spirende Einsteins ikke dette.
Til at begynde med vil Einsteins tyngdekraft aldrig blive bevist forkert ved en teori. Det vil blive bevist forkert ved eksperimentelle beviser, der viser, at forudsigelserne om generel relativitet ikke fungerer. Einsteins teori erstattede ikke Newtons, før vi havde eksperimentelle beviser, der var enige med Einstein og ikke var enige med Newton. Så medmindre du har eksperimentelle beviser, der klart er i modstrid med den generelle relativitet, vil påstande om at "modbevise Einstein" falde på døve ører.
Den anden måde at trumfe Einstein ville være at udvikle en teori, der tydeligt viser, hvordan Einsteins teori er en tilnærmelse af din nye teori, eller hvordan de eksperimentelle prøver, som den generelle relativitet er bestået, også passeres af din teori. Ideelt set vil din nye teori også fremsætte nye forudsigelser, der kan testes på en rimelig måde. Hvis du kan gøre det og kan præsentere dine ideer klart, bliver du lyttet til. Stringteori og entropisk tyngdekraft er eksempler på modeller, der prøver at gøre netop det.
Men selv hvis nogen lykkes med at skabe en teori bedre end Einsteins (og nogen næsten helt sikkert vil), vil Einsteins teori stadig være så gyldig som den nogensinde var. Einstein er ikke blevet bevist forkert, vi vil simpelthen forstå grænserne for hans teori.
