En av fördelarna med att vara astrofysiker är ditt veckovisa e-postmeddelande från någon som påstår sig ha 'bevisat Einstein fel'. Dessa innehåller antingen inga matematiska ekvationer och använder fraser som 'det är uppenbart att...', eller så är de sida efter sida av komplexa ekvationer med dussintals vetenskapliga termer som används på icke-traditionella sätt. De raderas alla ganska snabbt, inte för att astrofysiker är för indoktrinerade i etablerade teorier, utan för att ingen av dem erkänner hur teorier ersätts.
Till exempel, i slutet av 1700-talet fanns det en teori om värme känd som kalori. Grundtanken med kalori var att det var en vätska som fanns i material. Denna vätska var självavvisande, vilket betyder att den skulle försöka spridas ut så jämnt som möjligt. Vi kunde inte observera denna vätska direkt, men ju mer kalori ett material har desto högre temperatur.
Iskalorimeter från Antoine Lavoisiers 1789 Elements of Chemistry. (Allmängods)
Från denna teori får du flera förutsägelser som faktiskt fungerar. Eftersom du inte kan skapa eller förstöra kalorier, sparas värme (energi). Om du lägger ett kallt föremål bredvid ett varmt föremål kommer kalorierna i det varma föremålet att spridas ut till det kalla föremålet tills de når samma temperatur. När luften expanderar sprids kalorierna ut tunnare, vilket gör att temperaturen sjunker. När luft komprimeras blir det mer kalorier per volym, och temperaturen stiger.
Vi vet nu att det inte finns någon 'värmevätska' som kallas kalori. Värme är en egenskap hos rörelsen (kinetisk energi) hos atomer eller molekyler i ett material. Så inom fysiken har vi släppt kalorimodellen när det gäller kinetisk teori. Man kan säga att vi nu vet att kalorimodellen är helt fel.
Förutom att det inte är det. Åtminstone inte mer fel än det någonsin varit.
Det grundläggande antagandet om en 'värmevätska' stämmer inte överens med verkligheten, men modellen gör förutsägelser som är korrekta. Faktum är att kalorimodellen fungerar lika bra idag som den gjorde i slutet av 1700-talet. Vi använder det inte längre eftersom vi har nyare modeller som fungerar bättre. Kinetisk teori gör alla förutsägelser kalorier gör och mer. Kinetisk teori förklarar till och med hur den termiska energin hos ett material kan approximeras som en vätska.
Detta är en nyckelaspekt av vetenskapliga teorier. Om man vill ersätta en robust vetenskaplig teori med en ny, måste den nya teorin kunna mer än den gamla. När du ersätter den gamla teorin förstår du nu gränserna för den teorin och hur man kan gå bortom den.
I vissa fall, även när en gammal teori ersätts, fortsätter vi att använda den. Ett sådant exempel kan ses i Newtons gravitationslag. När Newton föreslog sin teori om universell gravitation på 1600-talet beskrev han gravitationen som en attraktionskraft mellan alla massor. Detta möjliggjorde en korrekt förutsägelse av planeternas rörelse, upptäckten av Neptunus, det grundläggande förhållandet mellan en stjärnas massa och dess temperatur, och så vidare. Newtonsk gravitation var och är en robust vetenskaplig teori.
Sedan i början av 1900-talet föreslog Einstein en annan modell som kallas allmän relativitet. Den grundläggande premissen för denna teori är att gravitationen beror på krökningen av rum och tid med massor. Även om Einsteins gravitationsmodell skiljer sig radikalt från Newtons, visar teorins matematik att Newtons ekvationer är ungefärliga lösningar på Einsteins ekvationer. Allt Newtons gravitation förutsäger, gör Einsteins också. Men Einstein tillåter oss också att korrekt modellera svarta hål, big bang, precessionen av Merkurius bana, tidsutvidgning och mer, som alla har validerats experimentellt.
Så Einstein trumfar Newton. Men Einsteins teori är mycket svårare att arbeta med än Newtons, så ofta använder vi bara Newtons ekvationer för att beräkna saker. Till exempel rörelsen hos satelliter eller exoplaneter. Om vi inte behöver precisionen i Einsteins teori använder vi helt enkelt Newton för att få ett svar som är 'tillräckligt bra'. Vi kan ha bevisat Newtons teori 'fel', men teorin är fortfarande lika användbar och korrekt som den någonsin varit.
Tyvärr förstår många spirande Einsteins inte detta.
Binära vågor från svarta hål. Bildkredit: K. Thorne (Caltech), T. Carnahan (NASA GSFC)
Till att börja med kommer Einsteins gravitation aldrig att bevisas fel av en teori. Det kommer att bevisas fel genom experimentella bevis som visar att förutsägelserna om generell relativitetsteori inte fungerar. Einsteins teori ersatte inte Newtons förrän vi hade experimentella bevis som stämmer överens med Einstein och inte stämmer överens med Newton. Så om du inte har experimentella bevis som tydligt motsäger allmän relativitet, kommer påståenden om att 'motbevisa Einstein' falla för döva öron.
Det andra sättet att övertrumfa Einstein skulle vara att utveckla en teori som tydligt visar hur Einsteins teori är en approximation av din nya teori, eller hur de experimentella tester som generella relativitetsteori har klarat också godkänns av din teori. Helst kommer din nya teori också att göra nya förutsägelser som kan testas på ett rimligt sätt. Om du kan göra det, och kan presentera dina idéer tydligt, kommer du att bli lyssnad på. Strängteori och entropisk gravitation är exempel på modeller som försöker göra just det.
Men även om någon lyckas skapa en teori bättre än Einsteins (och någon kommer nästan säkert att göra det), kommer Einsteins teori fortfarande att vara lika giltig som den någonsin varit. Einstein kommer inte att ha bevisats fel, vi kommer helt enkelt att förstå gränserna för hans teori.