Lefaroundaboutin kommentti on tärkeä. Vaikka meille yleensä opetetaan, että käytämme tiedettä tietämään asioita , se ei ole oikeastaan oikea väite. Tiede on erittäin tehokas työkalu sellaisten mallien luomiseen, joiden avulla voidaan luoda koulutettuja ennusteita järjestelmän toiminnasta, ja se perustuu väärennettävien hypoteesien ajatukseen, mutta se ei tarkoita, ettemme ole koskaan väärässä. Se tarkoittaa vain, että hypoteeseja on mahdollista kumota.
Esimerkki nopeuksien lisäämisestä on loistava esimerkki. On erittäin intuitiivista, että nopeudet laskevat yhteen. Jos olen junassa ja heitän baseballin, tarkkailija maassa näkee baseballin törmäävän ilman läpi junan nopeudella plus heittoni nopeudella. Olisi hyvin luonnollista olettaa, että valo käyttäytyy samalla tavalla. Itse asiassa mielestäni useimmat ihmiset uskovat, että valo toimii näin, kunnes luonnontieteiden opettaja kertoo heille toisin.
Otetaan nyt Maxwellin yhtälöt. Maxwellin yhtälöt tekevät huomattavan hyvää työtä ennustamaan sähkön ja magneettisuuden käyttäytymistä. Voit yrittää väärentää niitä rakentamalla omituisesti suunniteltuja kokeita eristääkseen magneettisia monopoleja ja niin edelleen, mutta huomasimme, että hänen lait pitävät hyvin kiinni (ainakin aina kvanttimekaniikkaan saakka, joka on oma peto ja oma tarinansa) . Paljon testien jälkeen tiedeyhteisö pääsi yksimielisyyteen siitä, että Maxwellin yhtälöt ovat melko luotettavia. En voi sanoa "he tiesivät, että hänen yhtälönsä olivat totta", koska se olisi liioiteltua, mutta heidän itseluottamuksensa oli erittäin korkea.
On kuitenkin omituisuus. Maxwellin yhtälöt ennustavat "valon nopeuden". Mutta jos palaat baseball-esimerkkiin, näemme, että baseball kulkee eri nopeuksilla eri inertiakehyksissä. Kun ajaan junassa tasaisella nopeudella, katson maailmaa inertiaalikehyksestä ja näen pallon yhdellä nopeudella. Kun olet maassa ja seisot paikallasi, katsot maailmaa inertiaalikehyksestä ja näet pallon eri nopeudella. Maxwellin yhtälöissä ei yksinkertaisesti ole tilaa sille. He vain sanovat "valolla on kiinteä nopeus", jolloin tutkijat miettivät, mitä sillä on.
Yksi intuitiivinen lähestymistapa on olettaa, että valo kulkee väliaineen läpi, ja valon nopeus on suhteessa tähän väliaineeseen. Tämä on intuitiivista, kun tarkastelet tehosteita, kuten vetää baseballia. Baseballin vetovoimat eivät ole riippuvaisia siitä, kuinka nopeasti se kulkee suhteessa minuun tai sinuun, vaan kuinka nopeasti se kulkee tuulen suhteen. Teorian mukaan valo voi kulkea niin sanotussa "valovoimaisessa eetterissä", aivan kuten baseballimme kulkee ilman läpi. Tämä ratkaisee Maxwellin yhtälöiden ongelman: "valon nopeus" on valon nopeus eetterin suhteen.
Tämä oli siis kohtuullinen hypoteesi. Aivan kuten hypoteesi "nopeudet lisäävät", se johtaa luonnollisiin tapoihin ajatella valoa. Tietenkin, koska tämä on tieteellinen hypoteesi, se on suunniteltu väärennettäväksi. Jos voidaan osoittaa, että valon liike ei toiminut kuin etuoikeutetussa vertailukehyksessä (eetterin kehys), niin tämä hypoteesi voidaan kumota. Ja he tekivät.
Tunnetuin eteeriteorioita väärentävä koe oli Michaelson – Morley -kokeilu. Älykkään interferometrian avulla he pystyivät vertailemaan valon nopeuksia, jotka kulkevat maapallon kiertoradan suuntaan auringon ympäri sen menemiseen. Heidän tavoitteenaan oli selvittää, onko eetteri paikallaan vai onko sitä jotenkin "vedetty" pitkin maapallon kaltaisten massiivisten esineiden (kuten kuinka ilma muodostaa luonnoksia suuren ajoneuvon taakse). He totesivat, kummallakin kyllä, ettei valon nopeudessa ollut havaittavaa eroa molempiin suuntiin. Jos eetteri todellakin oli olemassa (mihin he uskoivat tuolloin), se oli niin sitoutunut maan liikkumiseen, että emme voineet erottaa sitä. Se on kuin olisit vedonnut suuren ajoneuvon taakse, ja sen sijaan, että tuntisit tuulen vievän sinua eteenpäin, tuntui enemmän siltä, että olit verhottu betoniin ja vedetty voimakkaasti mukaan!
Monista muista kokeista löytyi myös tällaisia tuloksia, mikä sai eetteriteoriat näyttämään erittäin epäluotettavilta. He vain vaativat liikaa "käsin heiluttamista". Tästä kehitimme Lorentz-tehostimet, jotka olivat muutoksia Maxwellin yhtälöihin, jotka olivat erittäin tehokkaita ennustamaan tällaisten kokeiden tuloksia, mutta tekivät yhtälöistä hirvittävän rumia. Maxwellin yhtälöiden kauneus katosi Lorenzin muunnosten alla.
Joten kirjoita nyt Einstein, olettaen, että valon nopeuden on oltava sama kaikissa vertailukehyksissä. Olen samaa mieltä alkuperäisen mielipiteesi kanssa siitä, että on outoa asia vain olettaa . Mutta se oli loistava. Kun hän oli suorittanut matematiikan, ruma Lorenzin tehostaminen, joka saastutti Maxwellin yhtälöt, oli siististi kiinnitetty tähän olettamaan, että valon nopeus oli sama kaikissa vertailukehyksissä. Se teki erittäin hyvää työtä siivoamaan paljon teoreettisia rumauksia. Ihmiset pitivät siitä.
Enemmän kuin pidetty, se oli tieteellistä: se oli väärennettävissä.Jos löysimme koskaan kaksi inertiaalista kehystä, joilla oli erilainen valonopeus, tai jos saisimme selville, että aikalaajennusta ei tapahtunut, se olisi väärentänyt Einsteinin teorioita, emmekä todennäköisesti luulisi häntä kunnioittavan kuin tänään.Sadoissa (ellei tuhansissa) kokeissa olemme kuitenkin havainneet, että Einsteinin teoria on poikkeuksellisen hyvä ennustamaan joitain todella hankalia ja epäjohdonmukaisia vaikutuksia.
Joten perustelemme hänen olettamuksensa siitä, että valon nopeus on sama kaikissa inertiakehyksissä tosiasian jälkeen.Olemme havainneet, että tämän oletuksen tulokset ovat erittäin hyödyllisiä ja tehokkaita.Tuolloin perustelu oli, että se oli tyylikäs ratkaisu erittäin vaikeaan ongelmaan, ja se tuotti uusia väärennettäviä hypoteeseja testattavaksi (kuten mikä tahansa hyvä tieteellinen teoria).