La respuesta a esta pregunta no es realmente simple, pero es instructiva. Una “teoría física” no es más o menos que un algoritmo que predice el resultado de los experimentos en un dominio físico específico. Por ejemplo, las leyes del movimiento de Newton son un algoritmo que predice cómo se mueven los objetos. Una teoría es “refutada” cuando ocurre una de tres cosas:
- Las predicciones de la teoría son inconsistentes con los experimentos y observaciones;
- Se demuestra que la teoría es internamente inconsistente, es decir, da dos predicciones diferentes para los mismos experimentos o experimentos similares; o
- La teoría hace predicciones sin sentido en algunos casos.
Los científicos a menudo seguirán usando una teoría que ha sido “refutada” en uno u otro de estos sentidos. Por ejemplo, sabemos que la teoría de la gravedad de Newton es incorrecta, pero los errores son pequeños cuando los campos gravitacionales son débiles (es decir, casi todo el tiempo) y es mucho más fácil de calcular que el todavía erróneo de Einstein (más sobre eso a continuación) pero una aproximación mucho más cercana a la teoría correcta de la gravedad aún no descubierta. Decimos que la teoría tiene un dominio de validez; sus predicciones son lo suficientemente buenas en el dominio que nos interesa que podemos descuidar los errores. Inconscientemente haces esto todo el tiempo. Por ejemplo, todos usamos la fórmula lineal para la suma de velocidad: [matemática] v = v_1 + v_2 [/ matemática]. Si te paso a 20 MPH, y Bob me pasa a 30 MPH, ambos decimos que Bob te pasa a 50 MPH. Pero esto está mal; la fórmula correcta es [matemáticas] v = \ frac {v_1 + v_2} {1 + \ frac {v_1 v_2} {c ^ 2}} [/ matemáticas]; Bob en realidad se está moviendo un poco menos de 50 MPH.
Hay muchos ejemplos de teorías que se utilizaron durante mucho tiempo y que finalmente demostraron estar equivocadas. El universo geocéntrico (Ptolomeo); espacio y tiempo absolutos; la teoría del calor de Rayleigh-Jeans; mucho mas. En todos estos casos, la teoría original era coherente con las observaciones que se podían hacer en ese momento y, por lo tanto, tenía un dominio de validez distinto de cero (se podía afirmar que Ptolomeo era una excepción; casi desde el principio la gente tuvo que agregar “epiciclos” para dar cuenta del movimiento retrógrado).
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El “éter luminífero” al que algunas personas se refieren es en realidad un caso interesante. Desde Galileo, había sido un principio fundamental de la ley física que no existía un “marco de referencia privilegiado” o, si lo prefiere, “todas las velocidades son relativas”. Nuevamente, esto es completamente consistente con la observación (resulta ser cierto); pero implicaba que no podía haber una ley física que tuviera algo moviéndose a una velocidad definida, ya que eso inmediatamente planteó la cuestión de en qué marco de referencia se midió la velocidad. Pero la teoría del electromagnetismo de Maxwell, que era completamente consistente con el experimento, tenía la luz moviéndose a una velocidad definida. Entonces la gente inventó el “éter luminífero”, que era el marco de referencia en el que la luz se movía a esa velocidad. Sin embargo, Michelson y Morley demostraron que el éter no existía o que se movía junto con la tierra, y dado que este último era absurdo, el primero debe ser cierto. Entonces algo tuvo que cambiar; Lo que cambió fue la suposición inconsciente de que el espacio y el tiempo eran absolutos. Una vez que se eliminó, el electromagnetismo fue consistente con la relatividad galileana: llamamos a la teoría resultante Relatividad especial, y es consistente con cada observación realizada. Pero al menos la mitad de las preguntas que respondo en Quora contienen la suposición inconsciente de espacio y tiempo absolutos, porque los efectos relativistas son tan pequeños a velocidades pequeñas que pueden ignorarse; Todos lo usamos, aunque esté mal.
Para el caso, ¡lo mismo es cierto para las ecuaciones de Maxwell! Después del trabajo de Planck y Einstein, quedó claro que se trataba de una aproximación a la teoría cuántica más correcta del campo electromagnético, y que llevó mucho tiempo resolverlo. Primero Schrödinger formuló una ecuación cuántica que era inconsistente con la relatividad; entonces Dirac descubrió la ecuación cuántica que era consistente con la relatividad; finalmente, Schwinger, Feynman y Tomonaga descubrieron independientemente el efecto que impedía soluciones infinitas de la ecuación de Dirac. Pero para casi todo, todavía usamos las ecuaciones de Maxwell, a pesar de que se sabe que son una aproximación durante más de un siglo; su dominio de validez es muy grande. Incluso cuando necesitamos tener en cuenta los efectos cuánticos (esto sucede mucho en la física de estado sólido; los transistores funcionan debido al túnel cuántico) casi siempre usamos la ecuación de Schrödinger.
Prometí una discusión sobre la relatividad general, así que aquí va. Todos saben que está mal. En términos cualitativos, la ecuación de Einstein dice (masa-energía) = (curvatura espacio-tiempo). El lado izquierdo de la ecuación está cuantizado, y lo sabemos. El lado derecho es continuo. Esto no puede estar bien. Además, la teoría de Einstein predice infinitos, llamados “singularidades”. Esto, de nuevo, no puede ser correcto. Una “singularidad” es la jerga de la física para “aquí es donde se rompe la teoría”. La (más) correcta teoría de la gravedad tendrá tres propiedades:
- Se cuantizarán ambos lados de la ecuación.
- No va a predecir singularidades.
- Contendrá la relatividad general como “el límite continuo”. En otras palabras, será completamente consistente con GR en el dominio de validez de GR, así como Dirac es consistente con Schrödinger cuando se ignoran los efectos relativistas y Schrödinger es consistente con Maxwell cuando se ignoran los efectos cuánticos, y al igual que GR es consistente con Newton en El campo débil.
Por supuesto, podría preguntar, si todos saben que está mal, ¿cómo es que todavía no conocemos la teoría correcta para reemplazar a GR? Porque es dificil . Muchas personas inteligentes lo intentan, y lo han intentado durante más de 50 años, y hay revistas dedicadas al intento. Una de las razones por las que es difícil es que el dominio de validez de GR es muy grande: GR es consistente con cada observación que hemos hecho. Todo el mundo. Así que tenemos muy poca, yo diría que no, evidencia experimental para guiarnos a la teoría correcta. Son solo las inconsistencias internas las que dicen que GR debe estar equivocado.