Fyzikální zákon - Physical law

Fyzikální zákon nebo zákon fyziky je výkaz „ vyvodit z určitých skutečností, použitelné pro definované skupiny nebo třídy jevů , a exprimovatelná prohlášení, že konkrétní jev vždy dochází v případě, být přítomny určité podmínky.“ Fyzikální zákony jsou obvykle závěry založené na opakovaných vědeckých experimentech a pozorováních po mnoho let, které se ve vědecké komunitě všeobecně přijímají . Vypracování souhrnného popisu našeho prostředí ve formě těchto zákonů je základním cílem vědy . Tyto termíny nepoužívají všichni autoři stejným způsobem.

Rozdíl mezi přírodním zákonem v politicko-právním smyslu a přírodním zákonem nebo fyzickým zákonem ve vědeckém smyslu je moderní, oba pojmy jsou stejně odvozeny z fyziky , řeckého slova (přeloženého do latiny jako natura ) pro přírodu .

Popis

Bylo identifikováno několik obecných vlastností fyzikálních zákonů. Fyzikální zákony jsou:

  • Je pravda, alespoň v rámci jejich režimu platnosti. Podle definice nikdy neexistovala opakovatelná protichůdná pozorování.
  • Univerzální. Zdá se, že platí všude ve vesmíru.
  • Jednoduchý. Obvykle se vyjadřují pomocí jediné matematické rovnice.
  • Absolutní. Zdá se, že na ně nic ve vesmíru nemá vliv.
  • Stabilní. Nezměněno od prvního objevení (ačkoli se mohlo ukázat, že jde o aproximace přesnějších zákonů - viz níže „ Zákony jako aproximace “),
  • Všemohoucí. Všechno ve vesmíru jim zjevně musí vyhovovat (podle pozorování).
  • Obecně konzervativní ohledně množství.
  • Často výrazy existujících homogenit ( symetrií ) prostoru a času.
  • Obvykle teoreticky reverzibilní v čase (pokud není kvantový ), i když samotný čas je nevratný .

Příklady

Některé z více známých přírodních zákonů se nacházejí v Isaac Newton ‚s teorií (nyní) klasické mechaniky , představovaný v jeho Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , a Albert Einstein ‘ s teorií relativity . Mezi další příklady přírodních zákonů patří Boyleův zákon plynů, zákony zachování , čtyři termodynamické zákony atd.

Zákony jako definice

Mnoho vědeckých zákony jsou formulovány v matematických termínech (např druhého Newtonova zákona F = dp / dt , nebo princip neurčitosti , nebo princip nejmenší akce , nebo příčinnost ). I když tyto vědecké zákony vysvětlují, co vnímají naše smysly, jsou stále empirické, a tedy nikoli „matematické“ zákony. (Matematické zákony lze dokázat čistě matematikou, nikoli vědeckými experimenty.)

Zákony, které jsou důsledkem matematické symetrie

Jiné zákony odrážejí matematické symetrie se vyskytuje v přírodě (například, Pauli vylučovací princip odráží identitu elektronů, zákonů zachování odrážet homogenity z místa , času, Lorentzovy transformace odrážet rotační symetrii časoprostoru ). Zákony jsou neustále experimentálně kontrolovány s vyšším a vyšším stupněm přesnosti. To je jeden z hlavních cílů vědy. Jen proto, že nikdy nebylo pozorováno porušení zákonů, nevylučuje jejich testování se zvýšenou přesností nebo za nových podmínek, aby se potvrdilo, zda nadále platí, nebo zda se porušují, a co lze v procesu objevit. Vždy je možné, aby zákony byly zneplatněny nebo bylo prokázáno, že mají svá omezení, opakovatelnými experimentálními důkazy, pokud by byly dodrženy.

Dobře zavedené zákony byly skutečně zrušeny v některých zvláštních případech, ale lze říci, že nové formulace vytvořené k vysvětlení nesrovnalostí generalizují spíše než svrhnou originály. To znamená, že bylo zjištěno, že zneplatněné zákony jsou pouze blízkými aproximacemi (viz níže), ke kterým je třeba přidat další termíny nebo faktory, které pokryjí dříve nezveřejněné podmínky, např. Velmi velké nebo velmi malé časové nebo prostorové stupnice, enormní rychlosti nebo masy atd. Fyzické zákony jsou tedy spíše než neměnné znalosti lépe chápány jako řada vylepšujících a přesnějších zobecnění.

Mnoho základních fyzikálních zákonů je matematickými důsledky různých symetrií prostoru, času nebo jiných aspektů přírody. Konkrétně Noetherova věta spojuje některé zákony zachování s určitými symetriemi. Například zachování energie je důsledkem posunové symetrie času (žádný okamžik času se neliší od žádného jiného), zatímco zachování hybnosti je důsledkem symetrie (homogenity) prostoru (žádné místo v prostoru není zvláštní, nebo jiný než jakýkoli jiný). Nerozlišitelnost všech částic každého základního typu (řekněme elektronů nebo fotonů) má za následek Diracovu a Boseovu kvantovou statistiku, což má za následek Pauliho princip vyloučení pro fermiony a Bose-Einsteinovu kondenzaci pro bosony . Rotační symetrie mezi časovými a prostorovými souřadnicovými osami (když je jedna brána jako imaginární, druhá jako skutečná) vede k Lorentzovým transformacím, které zase vedou ke speciální teorii relativity . Symetrie mezi setrvačnou a gravitační hmotou má za následek obecnou relativitu .

Zákon inverzních čtverců interakcí zprostředkovaných nehmotnými bosony je matematickým důsledkem trojrozměrnosti prostoru .

Jednou ze strategií při hledání nejzákladnějších přírodních zákonů je hledání nejobecnější skupiny matematické symetrie, kterou lze použít na základní interakce.

Zákony jako aproximace

Některé zákony jsou pouze aproximacemi jiných obecnějších zákonů a jsou dobrými aproximacemi s omezenou doménou použitelnosti. Například newtonovská dynamika (která je založena na Galileových transformacích) je limitem nízké rychlosti speciální relativity (protože Galileova transformace je aproximací nízké rychlosti k Lorentzově transformaci). Newtonovský gravitační zákon je obdobou aproximace nízké hmotnosti obecné relativity a Coulombův zákon aproximací kvantové elektrodynamiky na velké vzdálenosti (ve srovnání s rozsahem slabých interakcí). V takových případech je obvyklé používat namísto přesnějších obecných zákonů jednodušší a přibližné verze zákonů.

Dějiny

Podle názoru pozitivistické, když ve srovnání s pre-moderní účty kauzality , přírodní zákony naplnit roli božského příčinné souvislosti na jedné straně, a účty, jako je Plato ‚s teorií forem na straně druhé.

Pozorování, že v přírodě existují zákonitosti, se datuje od pravěku , protože uznání vztahů příčina a následek je implicitním uznáním, že existují přírodní zákony. Uznání těchto pravidel jako nezávislých vědeckých zákonů samo o sobě však bylo omezeno jejich zapletením do animismu a přisuzováním mnoha účinků, které nemají snadno zjevné příčiny - jako jsou meteorologické , astronomické a biologické jevy - činům různí bohové , duchové , nadpřirozené bytosti atd. Pozorování a spekulace o přírodě byly úzce spjaty s metafyzikou a morálkou.

V Evropě systematické teoretizování o přírodě ( physis ) začalo u raných řeckých filozofů a vědců a pokračovalo až do helénistického a římského císařského období, během nichž se intelektuální vliv římského práva stával stále prvořadějším.

Formule „zákon přírody“ se poprvé jeví jako „živá metafora“, kterou upřednostňují latinští básníci Lucretius , Virgil , Ovidius , Manilius , a časem si získávají pevnou teoretickou přítomnost v prózových pojednáních Seneca a Plinius . Proč tento římský původ? Podle [historika a klasicisty Daryna] Lehouxova přesvědčivého vyprávění tuto myšlenku umožnila klíčová role kodifikovaného práva a forenzní argumentace v římském životě a kultuře.

Pro Římany. . . místem par excellence, kde se etika, právo, příroda, náboženství a politika překrývají, je soudní dvůr. Když si přečteme Senecovy přirozené otázky a znovu a znovu sledujeme, jak uplatňuje standardy dokazování, hodnocení svědků, argumentů a důkazů, můžeme si uvědomit, že čteme jednoho z velkých římských řečníků té doby, důkladně ponořeného do forenzní metody. A ne Seneca sám. Právní modely vědeckého úsudku se objevují všude a například se stávají stejně nedílnou součástí Ptolemaiova přístupu k ověřování, kde je mysli přiřazena role soudce, smysly odhalení důkazů a dialektický důvod, že zákon sám.

Přesná formulace toho, co je nyní uznáváno jako moderní a platná tvrzení přírodních zákonů, se v Evropě datuje od 17. století, s počátkem přesných experimentů a vývojem pokročilých forem matematiky. Během tohoto období byli přírodní filozofové jako Isaac Newton ovlivněni náboženským pohledem, který si myslel, že Bůh ustanovil absolutní, univerzální a neměnné fyzikální zákony. V kapitole 7 The World , René Descartes popisoval „přírodu“, jak věci samé, neměnný jako stvořen Bohem, a tím se změní v částech „je třeba připsat k přírodě. Pravidla, podle kterých se tyto změny uskuteční říkám‚zákony Příroda'." Moderní vědecká metoda, která se v této době formovala (s Francisem Baconem a Galileem ), byla zaměřena na úplné oddělení vědy od teologie s minimálními spekulacemi o metafyzice a etice. V tomto období bylo také rozpracováno přirozené právo v politickém smyslu, koncipované jako univerzální (tj. Odtržené od sektářského náboženství a místních nehod) ( Grotius , Spinoza a Hobbes , abychom jmenovali alespoň některé).

Další pole

Některé matematické věty a axiomy jsou označovány jako zákony, protože poskytují logický základ empirickým zákonům.

Mezi příklady dalších pozorovaných jevů, které se někdy označují jako zákony, patří zákon Titius – Bode planetárních pozic, Zipfův zákon lingvistiky, Moorův zákon technologického růstu. Mnoho z těchto zákonů spadá do oblasti nepříjemné vědy . Ostatní zákony jsou pragmatické a pozorovací, například zákon o nezamýšlených důsledcích . Analogicky jsou principy v jiných studijních oborech někdy volně označovány jako „zákony“. Patří mezi ně Occamova břitva jako princip filozofie a Paretův princip ekonomiky.

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy