¿Cómo exactamente los físicos rechazan y aceptan teorías/modelos en física?

La filosofía de la ciencia distingue entre tratamientos realistas e instrumentalistas de una teoría, que respectivamente quieren que sea verdadera y útil. En la vida real, esto se traduce en teorías técnicamente refutadas que siguen siendo útiles en un régimen adecuado. Por ejemplo, no necesitas las correcciones de Einstein a la cuenta de Newton del movimiento de los cohetes para llegar a la luna; la teoría más antigua, mientras que fuera por los poderes de$v/c$en algunos lugares, es lo suficientemente bueno. Así, una teoría se acepta en un régimen cuando se ajusta a los datos aplicables a ese régimen, y se acepta en general si se desconoce un régimen en el que falla. Pero una teoría puede ser inapropiada en un régimen en el que podemos hacer algo más simple: nuevamente, la relatividad especial (no importa la general) fue "excesiva" para el Apolo 11.

En algunos casos, el problema es más teórico que empírico. Por ejemplo, todavía estamos esperando una guía empírica sobre cómo debemos solucionar los problemas teóricos con el matrimonio de la relatividad general con la teoría cuántica de campos. Pero cuando/dónde/sin embargo una teoría se encuentra deficiente, podemos encontrar que es lo mejor que podemos hacer hasta que surja algo mejor.

Una teoría en física es un modelo matemático estricto, con axiomas adicionales y enunciados axiomáticos que relacionan las cantidades observadas físicamente con las variables matemáticas. Una teoría se valida (la aceptación es una elección voluntaria, la física tiene criterios matemáticos) si no solo mapea los datos existentes, sino que tiene éxito en la predicción de nuevos datos, todo dentro de los errores de medición.

Por el momento, la corriente principal de la física acepta que el marco básico es la mecánica cuántica, y de este marco emergen las teorías de la física clásica de una manera matemáticamente consistente, con una transición matemática suave en regiones de validez superpuestas. Por ejemplo, vea esta publicación de registro Cómo los campos clásicos, las partículas emergen de la teoría cuántica

La gravedad aún no se ha cuantificado definitivamente, por lo que todavía es una pregunta abierta para la investigación.

Para ganar aceptación, un modelo propuesto debe 1) dar cuenta satisfactoriamente de todos los datos experimentales explicados previamente que existen en el momento de su propuesta, 2) hacer predicciones comprobables de los resultados experimentales que aún no se han realizado, 3) dar cuenta satisfactoriamente de los resultados experimentales que no tenía explicación previa (outliers) dentro del ámbito de la física conocida.

Por "explicar con éxito" en 1) me refiero a proporcionar una coincidencia precisa con los datos existentes que es tan buena o mejor que la proporcionada por una teoría más antigua.

Todo esto significa que el modelo propuesto estará escrito en el lenguaje de las matemáticas, si se quiere que sea tomado en serio por los practicantes en el campo de la física. (Si, en cambio, el modelo es filosófico, puede escribirse de la forma que desee y no tiene que cumplir ninguna de las 3 condiciones enumeradas anteriormente).

La prueba de hipótesis (también conocida como rechazo o aceptación de un modelo) estrictamente hablando pertenece más al dominio de las estadísticas que a la física. El papel de la física es desarrollar hipótesis que puedan probarse y mejorarlas o sugerir nuevas hipótesis en respuesta a las pruebas experimentales. En la práctica, por supuesto, también son los físicos quienes prueban hipótesis en un laboratorio, pero la precisión de las mediciones en las últimas décadas se volvió tan alta que la mayoría de los programas de física dan una visión muy escasa de los métodos estadísticos. Quizás, el único campo de la física donde la estadística aún se considera de gran importancia es la física de altas energías (ver este conocido capítulo ).

Podría sugerir el artículo de Wikipedia mencionado anteriormente y el capítulo como las primeras introducciones a la prueba de hipótesis, así como algunas de mis propias respuestas en esta comunidad: aquí , aquí , aquí y aquí .

Hay algunos principios que los científicos aplican cuando adoptan una teoría. Acabo de hacer una lista de esos artículos.

1. Lex parsimoniae : Overkill generalmente está mal visto. El principio KISS ;
2. Coherencia interna : Una teoría debe ser consistente con todas las proposiciones de sí misma, es decir, no debe contener puntos que se contradigan matemáticamente. Sin embargo, una teoría podría contener aparentes contradicciones filosóficas sin que se la considere incorrecta, ya que siempre se puede argumentar que nuestro conocimiento actual del problema particular puede ser la causa de la contradicción y no porque la teoría sea incorrecta. Encontrar una explicación futura para la paradoja dada suele ser bueno para la teoría;
3. Falsabilidad : una teoría física debe proporcionar formas de refutar empíricamente. Incluso una sola falla en cualquier prueba de falsabilidad de una teoría es suficiente para que se considere "incorrecta" o "abierta a correcciones". Sin embargo, cuanto más pasa en las pruebas de falsabilidad, más probable es que las teorías tiendan a ser verdaderas;
4. Predicciones : una (buena) teoría debe hacer predicciones. Cuando estas predicciones finalmente se observan, se agrega a la teoría un gran impulso en la creencia de los científicos;
5. Belleza : no voy a definir eso ya que esto es obviamente controvertido, pero supongo que la mayoría de los científicos distinguen la belleza de la ciencia cuando la ven. Por ejemplo, la evolución y la relatividad general (GR) son bastante conocidas por "ser hermosas" sea lo que sea.
6. Datos : Esto es evidente. Una teoría necesita ser consistente con los datos experimentales. ¡Período!.

Nota 1 : Es importante notar que solo la regla no. 6 es una condición esencial de todas las teorías en las que vale la pena invertir cualquier esfuerzo. Sin embargo, la regla no. 2 y 3 son ampliamente reconocidos como una condición necesaria para la mayoría de las teorías científicas , especialmente la física.

Nota 2 : la teoría de Newton puede ser correcta según la precisión y las necesidades del experimentador. GR colapsa completamente en la teoría newtoniana bajo las condiciones (1) que la velocidad de la partícula es mucho menor que la velocidad de la luz y (2) los campos gravitatorios son débiles, lo que significa que bajo estas suposiciones, la mecánica de newton no está equivocada.

Creo que "aceptación/rechazo" no es particularmente aplicable a las teorías de la física. Creo que hay "principios", como los principios de la termodinámica, pero la mayoría de lo que llamamos teorías se consideran mejor como postulados, a menudo de naturaleza matemática. Cuando consideramos las "leyes" de Newton como postulados útiles, tenemos la mejor de ambas interpretaciones.

Tanto la energía oscura como la materia oscura se caracterizan de manera más segura como postulados, pero no tan seguras como teorías. Creo que este enfoque podría romper el apego que algunas personas tienen a las teorías.

El Principio de Heisenberg, las ecuaciones de Maxwell, la ecuación de deBroglie y algunas otras me parecen Principios. El principio de equivalencia podría ser más un postulado que los "portadores de fuerza".