¿Alguna vez ha sucedido que los científicos confiaron en una teoría durante una cantidad de tiempo bastante grande, pero al final fue refutada?

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).

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.

Ciertamente … así es como funciona la ciencia … Es por eso que Galileo dejó caer una bola y una pluma de la torre de Pisa: no estaba convencido por los relatos escritos de que los objetos pesados ​​caen más rápido … Es por eso que no creemos en Phlogiston o el cuatro humores más, y por qué reciben una mención en los libros de texto de la escuela como una ilustración de un cambio de paradigma. Así como el abandono de la sangría como terapia.

El más famoso de estos cambios puede ser cuando el viejo Copérnico propuso una alternativa a la cosmología geocéntrica, pero hay otros … Hubble molestó algunas carreras, cuando descubrió el cambio rojo, y puso fin al universo eterno … Eso hizo que incluso Einstein saca su borrador. oh, y el mismo Einstein sacudió un montón de ideas arraigadas por la ventana.

En la década de 1940 se creía que el vuelo supersónico era imposible. Diez años después lo hicimos.

Jane Goodall hizo añicos la ilusión de que solo el hombre fabrica herramientas. Attenborough nos mostró chimpancés pacíficos “vegetarianos” que libran la guerra y se comen el cerebro de sus enemigos. La explicación del origen “Savanah” del bipedalismo humano está siendo reemplazada actualmente por una explicación de simio acuático.

Ocurre todo el tiempo. Es el material del progreso científico.

Sí, sucede todo el tiempo. Existía la teoría del flogisto, el fluido que supuestamente transportaba “calor”. Ahora sabemos que el calor solo está sacudiendo las moléculas. Pero la teoría del flogisto funcionó bien, por un tiempo.

Creo que todavía está sucediendo. La “teoría de Milankovitch” de los ciclos climáticos está integrada en muchos documentos, no solo teóricos sino experimentales. Y sin embargo, estoy convencido de que está mal. (He escrito muchos artículos sobre esto y un libro).

La teoría de Eddington de la flecha del tiempo, que es causada por cambios en la entropía, sigue siendo la teoría más ampliamente creída. Espero que mi nuevo libro Now: The Physics of Time ayude a poner fin a eso.

Casi siempre sucede. Una teoría científica no es más que la mejor explicación que tenemos de algo en ese momento: es un mecanismo que toma observaciones y escupe predicciones. Si las predicciones demuestran ser inexactas, la teoría debe ser revisada, aunque la antigua puede ser perfectamente útil en la mayoría de las condiciones. También hablamos de leyes científicas: una ley es la fórmula matemática que nos permite calcular las predicciones de una teoría.

Puede tener uno sin el otro, por cierto. Las Leyes de movimiento y la Ley de la gravitación de Newton funcionan sorprendentemente bien, pero el propio Newton no tenía ninguna teoría que las respaldara, ni una explicación de por qué funcionan. Einstein proporcionó leyes más precisas, pero más importante aún, las teorías especiales y generales de la relatividad, que proporcionan una derivación rigurosa de esas leyes en términos de la geometría del espacio-tiempo.

Por supuesto, sabemos que las teorías de Einstein también necesitarán algunas correcciones, porque no funcionan demasiado bien en las escalas subatómicas donde las leyes de la mecánica cuántica se vuelven importantes.

Otro buen ejemplo son las leyes de herencia de Mendel: no fue hasta que Watson, Crick y Franklin resolvieron la estructura de la molécula de ADN que tuvimos una teoría rigurosa para explicarlas, y por cierto proporcionó una explicación rigurosa de cómo la teoría de la evolución de Darwin trabaja a nivel molecular.

Incontables veces.

Universo mecánico. (Corre como un reloj, constante e inmutable, un universo newtoniano)

El universo es estable, ni se contrae ni se expande.

Los objetos más pesados ​​caen más rápido que los más ligeros.

La tierra es plana.

El sol y las estrellas se mueven alrededor de una tierra fija, que está muerta en el medio.

El tiempo corre a la misma velocidad en todo el universo (mecanismo de relojería)

Y lo más triste, Plutón fue despedido como planeta.

Si. También ha habido guerras teóricas, donde la fama de la teoría propuesta a veces pesaba más que la evidencia que corroboraba la teoría. También sucedió que una teoría se rió por un tiempo, pero ahora se cree que es verdad. Prusiner no era ampliamente creído acerca de los priones cuando propuso su existencia.

El propósito de cada generación es refutar las teorías y certezas de la anterior.

Una de las impresiones más fuertes que uno obtiene de las conferencias de Feynman es cuán consciente era de que pasó por un período en el que las teorías fundamentales relacionadas con las partículas subatómicas estaban en constante cambio.

Si hay un campo científico en el que el dinero involucrado, una vieja teoría desacreditada puede tener una vida útil más larga de lo esperado, como las úlceras causadas por el estrés o el autismo causado por madres frías e indiferentes.

El universo geocéntrico se remonta al menos a 500 a. C. (La idea de que la Tierra era el centro de nuestro sistema solar). Eso no fue refutado hasta 1543, lo que le da un tiempo de ejecución de al menos 2000 años, y posiblemente mucho más.

Se registra que la teoría miasmática de la enfermedad (esa enfermedad fue causada por el vapor venenoso) dura casi tanto, desde al menos el siglo I a. C. hasta que la teoría de los gérmenes fue generalmente aceptada a fines del siglo XIX.

Con el origen de cada nublado, nunca sabremos cuál corre más.

Solo piensa en el El modelo planetario de Ptolomeo. ¿Cuánto tiempo pasó hasta que se aceptó el modelo heliocéntrico?

  • Almagesto
  • Modelo geocéntrico

Lo que aprendimos de eso: el modelo heliocéntrico es más fácil de entender.

Ha sucedido a lo largo de la historia. La mayor parte de la física aristotélica, creación espontánea de gusanos, evolución lamarckiana, teoría de partículas de luz, teoría de ondas de luz, SU (5), geocentricismo, esferas de cristal, círculos ptolemaicos dentro de círculos …

Creo que una analogía razonable sería automóviles. Usted prueba el automóvil de vez en cuando conduciéndolo. A veces tu esposa lo conduce y ella tiene la misma experiencia. Lo atiende regularmente y continúa trabajando. Entonces, un día, escuchas un ruido inesperado ocasional del motor. Al principio, el ruido no aparece mientras no aceleres o frenes demasiado, y puedas vivir con él. Entonces se vuelve molesto y constante. Tu esposa también se queja del ruido.

Entonces, lo lleva al garaje y le dicen que es una falla importante que necesita un motor nuevo, y no vale la pena repararlo por el valor del automóvil. Entonces obtienes un auto nuevo.

Sin embargo, su vecino ha tenido su automóvil durante décadas sin ningún problema. Lo maneja duro y lo prueba y repara regularmente, pero sigue funcionando …

Todas las teorías son constantemente probadas y probadas por científicos que solo están ansiosos por descubrir algo nuevo. Es improbable que una vieja teoría esté muy equivocada, ya que ya explica un montón de fenómenos, pero puede que no sea toda la historia; puede haber un problema al acecho en lo profundo del motor.

Como ejemplo, observe la teoría de la gravedad de Newton, F = G x m1 x m2 / d ^ 2. No es un cacharro. Te llevará a la luna y a otros planetas con un alto grado de precisión (bueno para correr ocasionalmente a las tiendas), y estará de acuerdo con los resultados experimentales en las condiciones más normales.

Sin embargo, a fines del siglo XIX, se descubrió que la órbita de Mercurio no estaba de acuerdo con la teoría de Sir Isaac. La teoría de la relatividad de Albert Einstein explicó esta anomalía, pero, igualmente importante, da los mismos resultados que Newton, donde sabemos que la teoría de Newton todavía funciona. La teoría de Einstein es un automóvil más nuevo y más caro que aún podemos llevar al límite. Todavía no hay ruidos metálicos, y puede que nunca los haya.

No es suficiente decir: “Tal y tal teoría está mal”. La teoría no puede estar muy mal, o otras personas lo habrían notado. Por lo tanto, debe ofrecer una contrateoría que no solo explique la anomalía, sino que también explique todo lo que hizo la teoría anterior.

La teoría de Einstein hizo eso. La teoría de la gravedad de Newton no está mal, pero no es todo el panorama. Las teorías de la relatividad de Einstein parecen ser válidas hasta la velocidad más rápida posible, la velocidad de la luz y las condiciones gravitacionales más extremas, como las estrellas de neutrones y los agujeros negros, y dan el mismo resultado que Newton hasta el tipo de condiciones con las que En general estamos familiarizados.

Así que hemos estado depositando nuestra confianza en Einstein durante bastante tiempo. Puede averiarse en algún momento en el futuro, pero el motor está zumbando dulcemente en este momento.

Uno de los mejores ejemplos es el modelo ptolemaico del sistema solar. Funcionó lo suficientemente bien para la calefacción, el mantenimiento del tiempo y la navegación durante siglos.

En geología existía el modelo geosyncline / Ge-anticline de patrones geológicos a gran escala, reemplazado por tectónica de placas.

Es posible que la hipótesis del penacho del manto de puntos calientes como Yellowstone esté equivocada.

Los físicos ya sospechan que la relatividad y la teoría cuántica están incompletas.

Sí, el modelo de átomo de Thompson, que era un modelo de átomo incorrecto, pero esa vez la gente no lo sabía. El modelo de Thompson se consideraba el modelo correcto e incluso se le otorgó el Premio Nobel por su modelo y descubrimiento de electrónica. Luego vino Earnest Rutherford, quien realizó un experimento de dispersión alfa y, en virtud de sus observaciones, demostró que Thompson estaba equivocado e hizo su propia teoría que se modificó aún más, lo que condujo al modelo cuántico del átomo.

A lo que ya se ha dicho, agreguemos:

  • Teorías del éter
  • Precursores del ciclo de Carnot

Las leyes del movimiento de Newton, hasta que Einstein lo refutó (dicen).

También las opiniones de Aristóteles y Platón sobre casi todo, hasta que los científicos demostraron que estaban equivocados.

Y parece que el hombre primitivo creía que la tierra era plana por decenas de miles de años. Eso fue desacreditado por Aristarco y Eratóstenes.

Como la ciencia se basa en los límites de la observación, siempre estará incompleta. Nuevas teorías más precisas deberían reemplazar las teorías más antiguas.

Cualquier nueva teoría debe explicar viejas observaciones.

Creo que una mejor pregunta sería que cualquier observación utilizada para respaldar las principales teorías se haya demostrado inválida.

Por supuesto.

Tenga en cuenta que podría ser lo que está ocurriendo actualmente para la teoría de cadenas (y los pasos que conducen a ella). Lea el famoso “Un diálogo sobre la gravedad cuántica” de Carlo Rovelli [hep-th / 0310077] Un diálogo sobre la gravedad cuántica que está bastante relacionado con el tema que plantea.

Éter luminífero