Einer der Vorteile eines Astrophysikers ist Ihre wöchentliche E-Mail von jemandem, der behauptet, „Einstein als falsch erwiesen zu haben“. Sie alle werden ziemlich schnell gelöscht, nicht weil Astrophysiker in etablierten Theorien zu indoktriniert sind, sondern weil keiner von ihnen anerkennt, wie Theorien ersetzt werden.
Zum Beispiel gab es Ende des 18. Jahrhunderts eine Theorie der Wärme, die als Kalorien bekannt war. Die Grundidee von Kalorien war, dass es sich um eine Flüssigkeit handelte, die in Materialien vorhanden war. Diese Flüssigkeit war selbstabweisend, was bedeutete, dass sie versuchen würde, sich so gleichmäßig wie möglich zu verteilen. Wir konnten diese Flüssigkeit nicht direkt beobachten, aber je kalorischer ein Material ist, desto höher ist seine Temperatur.
Aus dieser Theorie erhalten Sie mehrere Vorhersagen, die tatsächlich funktionieren. Da Sie keinen Kalorien erzeugen oder zerstören können, bleibt Wärme (Energie) erhalten. Wenn Sie ein kaltes Objekt neben ein heißes Objekt stellen, verteilt sich der Kaloriengehalt des heißen Objekts auf das kalte Objekt, bis es die gleiche Temperatur erreicht. Wenn sich Luft ausdehnt, wird der Kaloriengehalt dünner verteilt, wodurch die Temperatur sinkt. Wenn Luft komprimiert wird, gibt es mehr Kalorien pro Volumen und die Temperatur steigt an.
Wir wissen jetzt, dass es keine „Wärmeflüssigkeit“ gibt, die als Kalorien bezeichnet wird. Wärme ist eine Eigenschaft der Bewegung (kinetische Energie) von Atomen oder Molekülen in einem Material. In der Physik haben wir das Kalorienmodell in Bezug auf die kinetische Theorie fallen gelassen. Man könnte sagen, wir wissen jetzt, dass das Kalorienmodell völlig falsch ist.
Außer es ist nicht so. Zumindest nicht mehr falsch als jemals zuvor.
Die Grundannahme eines „Wärmefluids“ stimmt nicht mit der Realität überein, aber das Modell macht Vorhersagen, die korrekt sind. Tatsächlich funktioniert das Kalorienmodell heute genauso gut wie Ende des 18. Jahrhunderts. Wir verwenden es nicht mehr, weil wir neuere Modelle haben, die besser funktionieren. Die kinetische Theorie macht alle Vorhersagen kalorisch und mehr. Die kinetische Theorie erklärt sogar, wie die Wärmeenergie eines Materials als Flüssigkeit angenähert werden kann.
Dies ist ein Schlüsselaspekt wissenschaftlicher Theorien. Wenn Sie eine robuste wissenschaftliche Theorie durch eine neue ersetzen möchten, muss die neue Theorie mehr können als die alte. Wenn Sie die alte Theorie ersetzen, verstehen Sie jetzt die Grenzen dieser Theorie und wie Sie darüber hinausgehen können.
In einigen Fällen verwenden wir eine alte Theorie auch dann weiter, wenn sie ersetzt wird. Ein solches Beispiel ist im Newtonschen Gravitationsgesetz zu sehen. Als Newton im 17. Jahrhundert seine Theorie der universellen Schwerkraft vorschlug, beschrieb er die Schwerkraft als Anziehungskraft zwischen allen Massen. Dies ermöglichte die korrekte Vorhersage der Bewegung der Planeten, die Entdeckung von Neptun, die grundlegende Beziehung zwischen der Masse eines Sterns und seiner Temperatur und so weiter und so fort. Die Newtonsche Schwerkraft war und ist eine robuste wissenschaftliche Theorie.
Dann schlug Einstein Anfang des 20. Jahrhunderts ein anderes Modell vor, das als allgemeine Relativitätstheorie bekannt ist. Die Grundvoraussetzung dieser Theorie ist, dass die Schwerkraft auf der Krümmung von Raum und Zeit durch Massen beruht. Obwohl sich Einsteins Schwerkraftmodell radikal von Newtons unterscheidet, zeigt die Mathematik der Theorie, dass Newtons Gleichungen ungefähre Lösungen für Einsteins Gleichungen sind. Alles, was Newtons Schwerkraft vorhersagt, tut auch Einsteins. Einstein erlaubt uns aber auch, Schwarze Löcher, den Urknall, die Präzession der Merkur-Umlaufbahn, die Zeitdilatation und vieles mehr korrekt zu modellieren, die alle experimentell validiert wurden.
Also übertrumpft Einstein Newton. Aber Einsteins Theorie ist viel schwieriger zu bearbeiten als die von Newton. Deshalb verwenden wir oft nur Newtons Gleichungen, um Dinge zu berechnen. Zum Beispiel die Bewegung von Satelliten oder Exoplaneten. Wenn wir die Präzision von Einsteins Theorie nicht brauchen, verwenden wir einfach Newton, um eine Antwort zu erhalten, die "gut genug" ist. Wir haben vielleicht Newtons Theorie als "falsch" erwiesen, aber die Theorie ist immer noch so nützlich und genau wie je zuvor.
Leider verstehen viele angehende Einsteins dies nicht.
Zunächst wird Einsteins Schwerkraft durch eine Theorie niemals als falsch erwiesen. Experimentelle Beweise dafür, dass die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie nicht funktionieren, werden dies als falsch erweisen. Einsteins Theorie verdrängte Newtons erst, als wir experimentelle Beweise hatten, die mit Einstein übereinstimmten und nicht mit Newton übereinstimmten. Wenn Sie also keine experimentellen Beweise haben, die eindeutig der allgemeinen Relativitätstheorie widersprechen, werden Behauptungen, „Einstein zu widerlegen“, auf taube Ohren stoßen.
Der andere Weg, Einstein zu trumpfen, wäre die Entwicklung einer Theorie, die klar zeigt, wie Einsteins Theorie eine Annäherung an Ihre neue Theorie ist oder wie die experimentellen Tests, die die allgemeine Relativitätstheorie bestanden hat, auch von Ihrer Theorie bestanden werden. Im Idealfall wird Ihre neue Theorie auch neue Vorhersagen treffen, die auf vernünftige Weise getestet werden können. Wenn Sie das können und Ihre Ideen klar präsentieren können, werden Sie angehört. Stringtheorie und entropische Schwerkraft sind Beispiele für Modelle, die genau das versuchen.
Aber selbst wenn es jemandem gelingt, eine Theorie zu entwickeln, die besser ist als die von Einstein (und jemand wird es mit ziemlicher Sicherheit tun), wird Einsteins Theorie immer noch so gültig sein wie je zuvor. Einstein hat sich nicht als falsch erwiesen, wir werden einfach die Grenzen seiner Theorie verstehen.
