Basic assumptions and black holes

Abstract

Science develops by initially proposing hypotheses to explain phenomena, then creating a formal consistent mathematical framework, verified by experiment and observation, called a scientific theory. This theory must exclude solutions that violate basic physical principles or yield inconsistent mathematics. New observations may challenge the theory, but do not necessarily invalidate it as a basic mathematical inconsistency would. Science continues by developing hypotheses to explain what the current theory cannot. The paper discusses objects falling into black holes using general relativity as examples of both valid theory and developing hypotheses. The existence (according to most physicists) of a black hole is part of a valid theory. The crossing of the event horizon of the black hole is an extension of the theory, but is not part of the theory, for the mathematics is not consistent, and the results violate basic principles. Another example of an invalid extension of a theory is given from special relativity. Since this theory is easier to understand, it helps clarify the point. One needs to be clear what is part of the theory, and what is not part of the theory. The statement "an observer crossing the event horizon and losing all contact with the rest of the universe is part of physics" is a counterexample to the proper understanding of theories. Statements incorrectly based on theories may be obstacles to the advance of science. One needs to understand the philosophical underpinnings of science, and how one can tease out the hidden assumptions of a theory.Resume: La science se développe en proposant tout d'abord des hypothèses pour expliquer les phénomènes, puis ensuite en créant un cadre mathématique adéquat, validé par le biais de l'expérience et de l'observation. Ce cadre rigoureux devient alors synonyme d'une théorie scientifique. Cette théorie se doit cependant d'exclure les solutions qui mettent en porte-à-faux les principes physiques élémentaires ou encore celles qui donnent la primauté à une mathématique inconsistante. De nouvelles observations peuvent venir remettre en question la théorie, mais elles ne la rendent pas nécessairement nulle comme le ferait une mathématique incohérente. En réalité, la science se construit en développant des hypothèses à même d'expliquer ce qui ne peut l'être par la théorie actuelle. Le présent article traite des objets qui entrent dans la catégorie des trous noirs en utilizant le concept de la relativité générale comme exemple tout à la fois d'une théorie valide et d'hypothèses en cours de construction. L'existence (selon la plupart des physiciens) d'un trou noir fait partie intégrante d'une théorie valable. La traversée de l'horizon de l'événement du trou noir est une extension de la théorie, sans pour autant relever de cette dernière, dans la mesure où les mathématiques ne sont pas consistantes, car les résultats ne cadrent guère avec les principes de base. Un autre exemple d'un usage incorrect de la théorie peut s'observer dans le cadre de la relativité spéciale. Étan...