Fyzický zákon, vědecký zákon nebo přírodní zákon je vědecké zobecnění založené na empirických pozorováních fyzikálního chování. Typicky se jedná o závěry založené na opakovaných vědeckých experimentech v průběhu mnoha let, které se staly všeobecně uznávanými v rámci vědecké obce.
Vypracování souhrnného popisu přírody v podobě takových zákonů je základním cílem vědy. Přírodní zákony jsou odlišné od zákonů, ať už náboženských nebo občanských, a neměly by být zaměňovány s pojmem přírodní právo.
Bylo identifikováno několik obecných vlastností fyzikálních zákonů (viz Davies (1992) a Feynman (1965), jak je uvedeno, i když každá z charakteristik pro ně nemusí být nutně původní). Fyzikální zákony jsou:
Ti, kdo rozumějí matematice a pojmům natolik dobře, aby rozuměli podstatě fyzikálních zákonů, mají často také pocit, že mají vrozenou intelektuální krásu. Mnoho vědců uvádí, že při vytváření hypotéz používají intuici jako vodítko, protože zákony jsou odrazem symetrií a existuje spojení mezi krásou a symetrií. Nebylo tomu tak však vždy; sám Newton zdůvodnil svou víru v asymetrii vesmíru, protože se zdálo, že jeho zákony ji implikují.
Fyzikální zákony se od vědeckých teorií odlišují svou jednoduchostí. Vědecké teorie jsou obecně složitější než zákony; mají mnoho dílčích částí a je pravděpodobnější, že se budou měnit s tím, jak se bude vyvíjet soubor dostupných experimentálních dat a analýz. Je to proto, že fyzikální zákon je souhrnné pozorování přísně empirických záležitostí, zatímco teorie je model, který pozorování vysvětluje, uvádí do souvislosti s jinými pozorováními a na jejich základě vytváří ověřitelné předpovědi. Jednoduše řečeno, zatímco zákon konstatuje, že se něco děje, teorie vysvětluje, proč a jak se něco děje.
Některé z nejznámějších zákonů přírody najdeme v teoriích Isaaca Newtona o (nyní) klasické mechanice, prezentovaných v jeho Principia Mathematica, a v teorii relativity Alberta Einsteina. Mezi další příklady zákonů přírody patří Boyleův zákon plynů, zákony zachování přírody, čtyři zákony termodynamiky, atd.
Některé zákony jsou nízké (nebo vysoké) limity jiných, obecnější zákony (nebo, jak říkají vědci, zásadnější zákony). Například newtonovská dynamika (která je založena na Galileových transformacích) je jednoduše limitem rychlosti zákonů speciální relativity (jednoduše proto, že Galileova transformace vyplývá z Lorentzovy transformace na hranici nízké rychlosti). Podobně Newtonův gravitační zákon vyplývá z obecné realtivity na hranici nízkého gravitačního potenciálu (ve srovnání s druhou mocninou rychlosti světla) a Coulombův zákon vyplývá z QED na velké (ve srovnání s rozsahem slabých interakcí) vzdálenosti. V takových případech pochopitelně používáme jednodušší zákony-aproximace místo přesnějších základních zákonů.
Ty zákony, které jsou jen matematickými definicemi (řekněme základní zákon mechaniky – druhý Newtonův zákon ), nebo princip neurčitosti, nebo princip nejmenšího jednání – jsou naprosto správné (jednoduše z definice). Jiné, které odrážejí symetrie nalezené v přírodě (řekněme identita elektronů nebo homogenita prostoru a času) jsou neustále experimentálně kontrolovány na vyšší a vyšší stupeň přesnosti. Skutečnost, že nikdy nebyly viděny opakovaně porušovány, nevylučuje jejich testování na vyšší přesnost, což je jeden z hlavních cílů vědy. Vždy je možné, aby byly znehodnoceny opakovatelnými, protichůdnými experimentálními důkazy, pokud by byly spatřeny. Zásadní změny zákonů jsou však v krajním případě nepravděpodobné, protože by to znamenalo změnu experimentálních faktů, ze kterých byly odvozeny.
Dobře zavedené zákony byly skutečně v některých zvláštních případech zneplatněny, ale lze říci, že nové formulace vytvořené za účelem vysvětlení nesrovnalostí spíše zobecňují než vyvracejí originály. To znamená, že zneplatněné zákony byly shledány pouze blízkými aproximacemi (viz výše uvedené příklady), k nimž je třeba připočítat další pojmy nebo faktory, které se týkají dříve nezapočítaných podmínek, např. velmi velkých nebo velmi malých měřítek času nebo prostoru, obrovských rychlostí nebo hmotností atd. Tedy spíše než neměnné znalosti jsou fyzikální zákony ve skutečnosti lépe vnímány jako řada zlepšujících se a přesnějších zobecnění.
Některé nesmírně důležité zákony jsou jednoduše definice. Například centrální zákon mechaniky F = dp/dt (Newtonův druhý „zákon“ mechaniky) není vůbec zákon, ale je matematickou definicí síly (zavedenou jako první samotným Newtonem). Do této kategorie spadají princip nejmenšího zásahu (nebo princip stacionárního zásahu),Schroedingerova rovnice, Heisenbergův princip neurčitosti a několik dalších zákonů.
Většina ostatních zákonů jsou matematické důsledky různých matematických symetrií (viz Emmy Noetherova věta jako důkaz). Například zachování energie je důsledkem posunuté symetrie času (žádný časový moment se neliší od jakéhokoliv jiného), zatímco zachování hybnosti je důsledkem symetrie (homogenity) prostoru (žádné místo v prostoru se neliší od jakéhokoliv jiného). Nerozlišitelnost podobných částic (například elektronů nebo fotonů) má za následek Diracovu a Boseovu statistiku, která má zase za následek Pauliho vylučovací princip pro fermiony a Boseovu kondenzaci pro bosony. Symetrie mezi časovou a prostorovou souřadnicovou osou má za následek Lorentzovy transformace, které zase mají za následek speciální teorii relativity. Symetrie mezi inerciální a gravitační hmotou má za následek obecnou relativitu a tak dále.
Inverzní kvadratický zákon interakcí zprostředkovaných bezhmotnými bosony je matematickým důsledkem trojrozměrnosti prostoru.
Takže do značné míry zákony přírody nejsou zákony přírody jako takové, ale matematické vyjádření určitých jednoduchostí (symetrií) prostoru, času, atd.
Historie a náboženský vliv
Ve srovnání s předmoderními zprávami o kauzalitě plní přírodní zákony roli božské kauzality na jedné straně a účty jako Platónova teorie forem na straně druhé.
Myšlenka, že v přírodě existují skryté zákonitosti, se ve všech ohledech kauzality datuje do prehistorických dob, protože i uznání vztahů příčiny a následku je implicitním uznáním, že existují přírodní zákony.
Pokrok v identifikaci zákonů jako takových byl ale zřejmě brzděn vírou v animismus a přisuzováním mnoha vlivů, které nemají snadno identifikovatelné příčiny – jako meteorologické a astronomické jevy – činům různých bohů, duchů, nadpřirozených bytostí atd. První pokusy formulovat zákony v materiálních pojmech byly učiněny starověkými filozofy, včetně Aristotela, ale trpěly nedostatkem definic, nedostatkem experimentování, a proto měly různé mylné představy – jako předpoklad, že pozorované vlivy byly způsobeny vnitřními vlastnostmi objektů, např. „těžkostí“, „lehkostí“, „vlhkostí“ atd. – což byly výsledky postrádající přesné podpůrné experimentální údaje.
Formální a přesná formulace toho, co je dnes uznáváno jako správná tvrzení přírodních zákonů, začala v Evropě až v 17. století, se začátkem přesného experimentování a vývoje pokročilé formy matematiky (viz vědecká metoda).
Navzdory laické víře, že zákony přírody jsou nějak dány Bohem (bohy), neexistuje pro to žádný vědecký důkaz – protože většina zákonů jsou buď jednoduše definice nebo vyjádření identity (nebo symetrie), bez ohledu na její příčiny.
Moderní věda se v podstatě zaměřuje na minimální spekulace o metafyzice a výsledkem jsou přírodní zákony. Argumenty pro tuto metodu byly asi nejkritičtější v dílech Francise Bacona.
Význam a věhlas objevitelů
Vzhledem k pochopení, které dovolují, pokud jde o povahu naší existence, a vzhledem k jejich výše uvedené moci pro řešení problémů a předpovídání, jsou objevy nebo definování (vytvoření) nových přírodních zákonů považovány za jedny z největších intelektuálních úspěchů lidstva. Vzhledem k jejich jemnosti, jejich objev obvykle vyžadoval mimořádné schopnosti pozorování a vhledu, a jejich objevitelé jsou obvykle považovány za jedny z nejlepších a nejchytřejších ostatními ve svých oborech, a to zejména v případech Newton , Einstein, Emmy Noether, v obecné populaci stejně.
Současné hledání nejzákladnějších zákonů a nejzákladnějších objektů přírody je synonimem pro hledání nejobecnější matematické symetrické skupiny.
Některé matematické věty a axiomy jsou označovány jako zákony, protože poskytují logický základ empirickým zákonům.
Příklady dalších pozorovaných jevů často popisovaných jako zákony zahrnují Titiův-Bodeův zákon planetárních pozic, Zipfův zákon lingvistiky, Moorův zákon technologického růstu. Mnohé z těchto zákonů spadají do oblasti nepohodlné vědy. Jiné zákony jsou pragmatické a pozorovací, například zákon nezamýšlených následků. Analogicky jsou principy v jiných studijních oborech někdy volně označovány jako „zákony“. Patří mezi ně Occamova břitva jako princip filozofie a Paretův princip ekonomie.