Первое ограничение, накладываемое на физические теории, состоит в том, что все они должны согласовываться с результатами наблюдений. Оно может показаться очевидным, однако способ это осуществить не всегда так уж прост. Во-первых, иногда результаты экспериментов ошибочны. Вот классический пример. В 1905–1906 гг. Уолтер Кауфман из Геттингенского университета провел измерение отклонений быстрых электронов в электрическом и магнитном полях. Его данные вроде бы показывали, что СТО Эйнштейна неверна. Вы можете сказать, что этот факт должен был привести к отказу от СТО. Тем не менее, сохраняя впечатляющее самообладание, Эйнштейн предположил, что неверны результаты экспериментов Кауфмана, и, конечно, Эйнштейн не ошибся. Я тоже имел опыт, когда результаты эксперимента, казалось, противоречили теории, над которой я работал, — Стандартной модели элементарных частиц. Эта теория подтверждена множеством экспериментов, проведенных в начале 1970-х гг. Позже, в 1976–1977 гг., оказалось, что несколько независимых экспериментов по распространению поляризованного света в парáх висмута и по формированию мюонных триплетов при высокоэнергетических столкновениях вроде бы противоречат теории. Не обладая самоуверенностью Эйнштейна, я и другие теоретики принялись за работу и начали искать модификации Стандартной модели, которые сохранили бы ее прошлые успехи и соответствовали новым данным. Мы могли бы избавить себя от этой проблемы; через несколько лет выяснилось, что эксперименты с висмутом и мюонными триплетами были просто ошибочными и Стандартная модель не нуждается в модификации.

У правила о соответствии теории и эксперимента есть и более тонкий момент. Всякий раз, когда теоретическую модель используют для выполнения расчетов, результаты этих расчетов зависят не только от самой верифицируемой теории, но также и от того, какие вспомогательные предположения о природе наблюдаемого явления были сделаны. Например, используя результаты наблюдений за Солнечной системой для проверки своих уравнений движения и гравитации, Ньютон, а потом и многие его последователи предполагали, что планеты и кометы движутся только под воздействием силы притяжения. К началу XIX в. стало известно, что траектории движения комет Галлея и Энке слегка отклоняются от расчетов, выполненных в рамках ньютоновской механики, однако это не означает, что теория Ньютона неверна. Как оказалось, проблема не в теории, а в дополнительном предположении о том, что на кометы действует только гравитация. На самом деле, когда комета пролетает близко от Солнца, часть льда на ее поверхности испаряется, что создает воздействующую на комету силу, отличную от гравитации, — вроде реактивной силы горячих газов, выбрасываемых ракетным двигателем.

Из-за таких сложностей самое важное ограничение, накладываемое на новую теорию, зачастую связано не с описанием тех или иных новых экспериментальных данных, а с необходимостью соответствовать всему корпусу измерений, выполненных ранее и выкристаллизовавшихся в предшествующих теориях. Коперник проверял свою гелиоцентрическую теорию не на основе новых наблюдений за планетами, а с помощью сверки своих расчетов с точными данными, полученными в рамках геоцентрической модели Птолемея. Новые теории, конечно, не согласуются полностью с любой предшествующей теорией — иначе они не были бы новыми, однако новые модели не должны пренебрегать достижениями старых. Такой порядок вещей делает работу теоретика намного более консервативной, чем принято считать.

Замечательно, что необходимость сохранять достижения прошлого не только ограничивает, но еще и направляет. В построении революционной СТО Эйнштейну очень помогла убежденность в том, что его теория должна быть согласована с электромагнитной теорией Максвелла.