Научен Закон

Научните закони или законите на науката се изјави, засновани на повторени експерименти или набљудувања, кои опишуваат или предвидуваат низа природни феномени за таа наука. Терминот закон има различни употреба во многу случаи (приближна, точна, широка или тесна) во сите области на природните науки ( физика, хемија, астрономија, геонаука, биологија ). Законите се развиваат од податоци и можат понатаму да се развиваат преку математика ; во сите случаи тие директно или индиректно се засноваат на емпириски докази . Општо е разбирливо дека тие имплицитно ги рефлектираат, иако експлицитно не тврдат, причинско-последични односи фундаментални за реалноста и дека се откриени наместо измислени.

Научните закони ги сумираат резултатите од експериментите или набљудувањата, обично во одреден опсег на примена. Генерално, точноста на законот не се менува кога се разработува нова теорија за релевантниот феномен, туку обемот на примената на законот, бидејќи математиката или изјавата што го претставува законот не се менува. Како и со другите видови на научно знаење, научните закони не изразуваат апсолутна сигурност, како што прават математичките закони . Научниот закон може да биде контрадикторен, ограничен или проширен со идни набљудувања.

Еден закон често може да се формулира како една или повеќе изјави или равенки, за да може да го предвиди исходот од експериментот. Законите се разликуваат од хипотезите и постулатите, кои се предложени во текот на научниот процес пред и за време на валидацијата со експеримент и набљудување. Хипотезите и постулатите не се закони, бидејќи не се проверени во ист степен, иако може да доведат до формулирање закони. Законите се потесни по обем од научните теории, што може да повлекува еден или неколку закони. Науката разликува закон или теорија од факти. Да се нарече закон факт е двосмислено, преценето или двосмислено . Природата на научните закони е многу дискутирана во филозофијата, но во суштина научните закони се едноставно емпириски заклучоци донесени со научен метод; тие се наменети ниту да бидат оптоварени со онтолошки заложби ниту со изјави на логички апсолути .

ПРЕГЛЕД

Научниот закон секогаш се применува на физички систем под повторени услови, и тоа имплицира дека постои причинско-последична врска што ги вклучува елементите на системот. Фактичките и добро потврдени изјави како „Живата е течна при стандардна температура и притисок“ се сметаат за премногу специфични за да се квалификуваат како научни закони. Централен проблем во филозофијата на науката, кој се навраќа на Дејвид Хјум, е тој на разграничување на причинско-последичните односи (како што се оние што се подразбираат со законите) од принципите што произлегуваат од постојаната поврзаност .

Законите се разликуваат од научните теории по тоа што не поставуваат механизам или објаснување на феномените: тие се само дестилација на резултатите од повтореното набљудување. Како таква, применливоста на законот е ограничена на околности што наликуваат на оние што веќе се забележани, а законот може да се утврди дека е лажен кога ќе се екстраполира. Законот на Ом важи само за линеарни мрежи; Њутновиот закон за универзална гравитација се применува само во слаби гравитациони полиња; раните закони на аеродинамиката, како што е принципот на Бернули, не се применуваат во случај на компресибилен тек каков што се јавува при транссоничен и суперсоничен лет; Хуковиот закон се применува само за напрегање под границата на еластичноста ; Бојловиот закон се применува со совршена точност само за идеалниот гас, итн. Овие закони остануваат корисни, но само под наведените услови каде што се применуваат.

Многу закони имаат математички форми, и затоа може да се наведат како равенка; на пример, законот за зачувување на енергијата може да се напише како $\mathrm{\Delta }E=0$, каде $E$ е вкупната количина на енергија во универзумот. Слично на тоа, првиот закон на термодинамиката може да се напише како $\mathrm{d}U=\delta Q-\delta W$, а вториот закон на Њутн може да се напише како $F=\frac{dp}{dt}.$ Додека овие научни закони го објаснуваат она што нашите сетила го перцепираат, тие се сè уште емпириски (добиени со набљудување или научен експеримент) и затоа не се како математички теореми кои можат да се докажат чисто со математика.

Како теориите и хипотезите, законите прават предвидувања; конкретно, тие предвидуваат дека новите набљудувања ќе бидат во согласност со дадениот закон. Законите може да се фалсификуваат доколку се најдат во спротивност со новите податоци.

Некои закони се само приближување и имаат сличности на други поопшти закони и се добри приближувања. На пример, Њутновата динамика (која се заснова на галилејските трансформации) е граница на ниска брзина на специјалната релативност (бидејќи Галилејската трансформација е приближување со мала брзина на трансформацијата Лоренц). Слично на тоа, Њутновиот закон за гравитација е приближување со ниска маса на општата релативност, а Кулоновиот закон е приближување на квантната електродинамика на големи растојанија (во споредба со опсегот на слаби интеракции). Во такви случаи вообичаено е да се користат поедноставни, приближни верзии на законите, наместо попрецизни општи закони.

Законите постојано се тестираат експериментално до зголемени степени на прецизност со продуктите, што е една од главните цели на науката. Фактот дека никогаш не било забележано дека се прекршени законите не го исклучува нивното тестирање со зголемена точност или во нови видови услови за да се потврди дали тие продолжуваат да држат, или дали прекршуваат и што може да се открие во процесот. Секогаш е можно законите да бидат поништени или да се докаже дека имаат ограничувања, со повторливи експериментални докази, доколку се почитува. Добро воспоставените закони навистина се поништени во некои посебни случаи, но новите формулации создадени да ги објаснат несогласувањата ги генерализираат, наместо да ги соборуваат оригиналите. Односно, откриено е дека неважечките закони се само приближни приближувања, на кои мора да се додадат други поими или фактори за да се покријат претходно необјаснети услови, на пр. многу големи или многу мали размери на време или простор, огромни брзини или маси итн. Така, наместо непроменливо знаење, физичките закони подобро се гледаат како низа подобрени и попрецизни генерализации.

Својства

Научните закони се типично заклучоци засновани на повторени научни експерименти и набљудувања во текот на многу години и на многу различни експерименти кои станале универзално прифатени во научната заедница . Научниот закон се „ заклучува од одредени факти, применливи за дефинирана група или класа на феномени, и изразен со изјавата дека одредена појава секогаш се јавува доколку постојат одредени услови“. Изработката на збирен опис на нашата средина во форма на такви закони е основна цел на науката .

Има неколку општи својства за научните закони, особено кога се однесуваат на законите во физиката . Научните закони се:

• Точни, барем во рамките на нивниот режим на важност. По дефиниција, никогаш немало повторливи контрадикторни набљудувања.
• Универзалност Се чини дека тие се применуваат насекаде во универзумот. Едноставно. Тие обично се изразуваат во однос на една математичка равенка.
• Апсолутна. Се чини дека ништо во универзумот не влијае на нив. Стабилна. Непроменети од првото откритие (иако можеби се покажа дека се приближување на поточни закони), сеопфатни. Сè во универзумот очигледно мора да се усогласи со нив (според набљудувањата).
• Генерално конзервативни за количина. Често изрази на постојните хомогености (симетрии) на просторот и времето.
• Типично теоретски реверзибилно во времето (ако не е квантно), иако самото време е неповратно.
• Широка. Во физиката, законите исклучиво се однесуваат на широкиот домен на материјата, движењето, енергијата и самата сила, наместо поспецифични системи во универзумот, како што се живите системи, на пр. механиката на човечкото тело.

Терминот „научно право“ традиционално се поврзува со природните науки, иако општествените науки исто така содржат закони. На пример, Зипфовиот закон е закон во општествените науки кој се заснова на математичка статистика. Во овие случаи, законите може да ги опишат општите трендови или очекуваните однесувања наместо да бидат апсолутни.

Во природната наука, тврдењата за неможност се широко прифатени како многу веројатни наместо да се сметаат за докажани до тој степен што се неспорни. Основата за ова силно прифаќање е комбинација од обемни докази за нешто што не се случува, во комбинација со основната теорија, многу успешна во правењето предвидувања, чии претпоставки логично водат до заклучок дека нешто е невозможно. Иако тврдењето за неможност во природните науки никогаш не може апсолутно да се докаже, тоа може да се побие со набљудување на еден контрапример . Ваквиот контрапример би барал да се преиспитаат претпоставките кои лежат во основата на теоријата што ја подразбирала неможноста.

Некои примери на широко прифатени неможности во физиката се машините со постојано движење, кои го прекршуваат законот за зачувување на енергијата, надминувајќи ја брзината на светлината, што ги нарушува импликациите на специјалната релативност, принципот на несигурност на квантната механика, кој ја потврдува неможноста истовремено да се знае и позицијата и моментумот на честичката и Беловата теорема : ниту една физичка теорија на локални скриени променливи не може да ги репродуцира сите предвидувања на квантната механика.

Законите како последици од математичките симетрии

Некои закони ги рефлектираат математичките симетрии кои се наоѓаат во природата (на пример, принципот на исклучување на Паули го рефлектира идентитетот на електроните, законите за зачувување ја рефлектираат хомогеноста на просторот, времето, а Лоренцовите трансформации ја рефлектираат ротационата симетрија на време-просторот). Многу основни физички закони се математички последици на различни симетрии на просторот, времето или други аспекти на природата. Поточно, Ноетеровата теорема поврзува некои закони за зачувување со одредени симетрии. На пример, зачувувањето на енергијата е последица на симетријата на поместување на времето (ниту еден временски момент не е различен од кој било друг), додека зачувувањето на моментумот е последица на симетријата (хомогеноста) на просторот (ниту едно место во просторот не е посебно, или различен од кој било друг). Неразличноста на сите честички од секој фундаментален тип (да речеме, електрони или фотони) резултира со квантната статистика на Дирак и Бозе, што пак резултира со Паулиевиот принцип на исклучување за фермиони и во Бозе-Ајнштајнова кондензација за бозоните. Специјалната релативност ја користи брзината за да го изрази движењето според симетриите на хиперболичната ротација, трансформација што го меша просторот и времето. Симетријата помеѓу инерцијалната и гравитациската маса резултира со општата релативност.

Инверзниот квадратен закон на заемодејства со посредство на бозони без маса е математичка последица на 3-димензионалноста на просторот .

Една стратегија во потрагата по најфундаменталните закони на природата е да се бара најопштата група за математичка симетрија која може да се примени на основните интеракции.