Научный закон

Утверждение, основанное на повторяющихся эмпирических наблюдениях, некоторых аспектах среды Научные теории объясняют, почему что-то происходит, тогда, тогда как научный закон что происходит.

Научные законы или законы - это утверждение, основанные на повторных экспериментах или наблюдениях, которые описать или спрогнозировать ряд природных явлений. Термин «закон» используется по-разному во многих случаях (приблизительный, точный, широкий или широкий) во всех областях естествознания (физика, химия, астрономия, геонаука, биология ). Законы разрабатываются на основе данных и могут быть дополнительно развиты с помощью математики ; во всех случаях они прямо или косвенно основаны на эмпирических данных. Обычно считается, что они неявно отражают, хотя и не утверждают явно, причинно-следственные связи, фундаментальные для реальности, и проявляются, а не изобретаются.

Научные законы суммируют результаты экспериментов или наблюдений, обычно в определенном диапазоне приложения. В общем, закон не меняется, когда реализуется новая теория соответствующего явления, а, скорее, объем закона применения, поскольку математика или утверждение, представляющее закон, не изменяется. Как и в случае с другими видами научного знания, они обладают абсолютной определенностью (отличие от математических теорем или тождеств ), и всегда существует возможность противоречия, ограничения или ограничения. расширен будущими наблюдениями. Закон обычно может быть сформулирован в виде или нескольких нескольких утверждений или соотношений, чтобы его можно было использовать для прогнозирования результата эксперимента с учетом обстоятельств происходящих процессов.

Законы отличаются от гипотез и постулатов, которые в ходе научного процесса до и во время проверки экспериментально и наблюдением. Гипотезы и постулаты не являются законами, поскольку они не были проверены в той же степени. Законы более узкие по объему, чем научные теории, которые могут заставить себя одним или несколькими законами. Наука отличает закон или теорию от фактов. Называть закон фактом - это двусмысленно, преувеличивать или двусмысленно. Природа научных законов много обсуждалась в философии, но по сути научные законы - это просто эмпирические выводы, сделанные научным методом; они не должны быть отягощены онтологическими обязательствами или утвержденными логическими абсолютными.

• 1 Обзор
• 2 Свойства
• 3 Законы как следствия математической симметрии
• 4 Закона физики
  • 4.1 Законы сохранения
    • 4.1.1 Сохранение и симметрия
    • 4.1.2 Непрерывность и перенос
  • 4.2 Законы классической механики
    • 4.2.1 Принцип наименьшего действия
  • 4.3 Законы гравитации и относительности
    • 4.3.1 Современные законы
    • 4.3.2 Классические законы
  • 4.4 Термодинамика
  • 4.5 Электромагнетизм
  • 4.6 Фотоника
  • 4.7 Законы квантовой механики
  • 4.8 Излучение законы
• 5 Законы химии
• 6 Законы биологии
• 7 Законы геологии
• 8 Прочие области
• 9 История
• 10 См. также
• 11 Ссылки
• 12 Дополнительная литература
• 13 Внешние ссылки

Научный закон всегда применяется к физической системе в повторяющихся условиях, и он подразумевает, что существует причинно-следственная связь с участием элементов системы.. Фактические и их хорошо подтвержденные утверждения, такие как «Ртуть жидкие при стандартных условиях и давления», что было квалифицировать как научные законы. Центральная проблема в философии науки, восходящей к Дэвиду Юму, заключается в различении причинно-следственных связей (например, подразумеваемые законные науки) от принципов, развивающих из-за постоянное соединение.

Законы отличаются от научных теорий тем, что они не постулируют механизм или объяснение явлений: они всего лишь квинтэссенция результатов многократных наблюдений. Таким образом, применимость закона ограничена обстоятельствами, сходными с уже наблюдаемыми, и при экстраполяции закон может оказаться ложным. Закон Ома применяется только к линейным сетям; Закон всемирного тяготения Ньютона применимые только в слабых гравитационных полях; ранние законы аэродинамики, такие как принцип Бернулли, не применяются в случае сжимаемого потока, например, в трансзвуковом и сверхзвуковой полет; Закон Гука применяется только к деформации ниже предела упругости ; Закон Бойля применим с идеальной точностью только к идеальному газу и т. Д. Эти законы устанавливаются полезными, но только при определенных условиях, в которых они действуют.

Многие законы принимают математические формы, поэтому их можно формулировать в виде уравнения; например, закон сохранения энергии можно записать как $\Delta \; E\; =\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; E\; =\; 0\}$, где $E\; \{\backslash \; displaystyle\; E\}$- общее количество энергии во Вселенной. Аналогично, первый закон термодинамики может быть записан как $d\; U\; =\; \delta \; Q\; -\; \delta \; W\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; U\; =\; \backslash \; delta\; Q-\; \backslash \; delta\; W\; \backslash ,\}$и второй закон Ньютона можно записать как $F\; =\; \{\backslash \; displaystyle\; F\; =\}$​⁄dt. Хотя эти законы объясняют то, что воспринимают наши органы, они все же являются эмпирическими (приобретенными путем наблюдения или научного эксперимента) и поэтому не похожи на математические теоремы, которые могут быть доказаны чисто математикой.

Как теории и гипотезы, законы делают прогнозы; в частности, они предсказывают, что новые наблюдения соответствуют данному закону. Законы могут быть фальсифицированы, если они будут обнаружены в противоречии с новыми данными.

Некоторые законы являются только приближениями к другим общим законам и являются хорошими приближениями с ограниченной областью применимости. Например, ньютоновская динамика (которая основывается на преобразованиях Галилея), основанная на преобразованиях средней скорости относительности. Аналогичным образом, закон тяготения Ньютона является приближением квантовой электродинамики на больших расстояниях (по сравнению с малым диапазоном слабых сравний). закон Кулона является приближением квантовой электродинамики на большие расстояния. В таких случаях, обычно используются обычные самые простые версии обычных версий вместо более точных общих идей.

Законы постоянно проверяются экспериментально с возрастающей степенью точности, что является одной из главных целей науки. Тот факт, что законы никогда не нарушаются, препятствует их проверке с точностью или в новых условиях, чтобы подтвердить, что они нарушаются или нарушаются. Всегда возможно, что законы будут признаны недействительными или имеют ограничения с помощью повторяемых экспериментальных данных, если они будут соблюдены. Новые формулировки, созданные для объяснения, обобщают, а не опровергают оригиналы. То есть было обнаружено, что признанные недействительные законы являются лишь близкими приближениями, к которым необходимы дополнительные условия или факторы, чтобы охватить ранее неучтенные условия, например, очень большие или очень маленькие масштабы времени или пространства, огромные скорости или массы и т. д. Таким образом, вместо использования новых физических знаний лучше рассматривать как серию улучшающихся.

Научные законы - это обычно выводы, основанные на многократных научных экспериментах и наблюдениях в течение многих лет, которые стали общепринятыми в научное сообщество. Научный закон - это «вывод из конкретных фактов, применимый к данной группе или классу явлений, и утвержденный утверждением, что конкретное явление всегда происходит при наличии определенных условий». Были идентифицированы некоторые общие науки научных достижений, особенно когда речь идет о законах в физике, составление краткого описания нашей окружающей среды в форме таких достижений является фундаментальной науки .

. Научные законы:

• Верны, по крайней мере, в пределах их режима действия. По определению, никогда не было повторяемых противоречащих друг другу наблюдений.
• Универсальный. Похоже, они применимы везде во вселенной.
• Просто. Обычно они выражаются в виде одного математического уравнения.
• Абсолют. Кажется, ничто во вселенной не влияет на них.
• Стабильно. Не изменился с момента первого открытия (хотя, возможно, было показано, что они приближаются к более точным законам),
• Всемогущий. По-видимому, все во вселенной должно им (согласно наблюдениям).
• Обычно консервативное количество.
• Часто встречающихся однородностей (симметрии ) пространства и времени.
• Обычно теоретически обратимо во времени (если не квант ), хотя само время необратимо.

Термин «научный закон» традиционно ассоциируется с естественными науками, хотя социальные науки также содержат законы. Например, закон Ципфа - это закон в социальных науках, который основан на математической статистике. В этих случаях законы описывать общие тенденции или ожидаемое поведение, а не быть абсолютными.

Некоторые законы отражают математические симметрии, встречающиеся в природе (например, принцип исключения Паули соответствует идентичности электронов, законы сохранения отражают однородность из пространства, времени и преобразования Лоренца отражают симметрию вращения пространства-времени ). Многие фундаментальные физические законы являются математическими следствиями различных симметрий пространства, времени или других возможностей природы. В частности, теорема Нётер придерживается ряда положений с определенными симметриями. Сохранение энергии является следствием симметрии (однородности) пространства (нет места в пространстве особенного) времени (ни одно место времени не отличается от любого другого). Неразличимость всех частиц фундаментального типа (скажем, электронов или фотонов) приводит к квантовой статистике Дирака и Бозе, которые, в свою очередь, приводят к принципу исключения Паули для фермионов и в конденсации Бозе - Эйнштейна для бозонов. Вращательная симметрия между осями координат времени и пространства (когда одна принимается за воображаемую, другую за действительную) приводит к преобразованиям Лоренца, которые, в свою очередь, приводят к специальной теории относительности теория. Симметрия между инерционной и гравитационной массой приводит к общей теории относительности.

. закон обратных квадратов взаимодействий, опосредованными безмассовыми бозонами, является математическим следствием пространства.

Одна из стратегий поиска самых фундаментальных законов природы - это поиск наиболее общей математической группы симметрии, которая может быть применена к фундаментальным взаимодействиям.

Законы пространства

Сохранение и симметрия

Законы сохранения - это фундаментальные законы, которые вытекают из однородности, времени и фаза, другими словами симметрия.

• Теорема Нётер : Любая величина, имеющая непрерывную дифференцируемую симметрию в действии, имеющую связанный закон сохранения.
• Сохранение массы было первым законом этого типа, который должен понять основные макроскопические физические процессы, например, столкновение массивных частиц или потока жидкости, дают очевидную уверенность в том, что масса сохраняется. Сохранение массы наблюдалось для всех химических веществ. В общем, это только приблизительное значение, благодаря созданию теории относительности и экспериментов в ядерной физике и физике элементарных частиц: масса может быть преобразована в энергию и наоборот, поэтому масса не всегда сохраняется, а часть более общего распределения массы-энергии.
• Сохранение энергии, импульс и угловой момент для достижения систем можно найти как симметрии во времени, перевод, и вращение.
• Сохранение заряда также было реализовано, как никогда не наблюдалось создания или уничтожения заряда, что он перемещается только с места на месте.

Непрерывность и перенос

Законы сохранения могут быть выражены с помощью уравнения неразрывности (для сохраняющейся величины) может быть записано в дифференциальной форме как:

$\partial \; \rho \; \partial \; t\; =\; -\; \nabla \; \cdot \; J\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; rho\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; =\; -\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\}$

где ρ - количество на единицу объема, J - поток этого количества ty (изменение количества в единицу времени на единицу). Интуитивно, дивергенция (обозначенная ∇ •) область поля - это мера потока, расходящегося радиально наружу от изменения точки, поэтому отрицательное значение - это величина, накапливающаяся в точке, следовательно, скорость плотности в области пространство должно быть потока, покидающего или собираемого в некоторой области (подробности см. в основной статье). В приведенной ниже таблице для сравнения собраны потоки, потоки для различных физических величин при транспортировке и связанных с ними уравнениями неразрывности.

Физика, сохраняемая величина	Сохраняемая величина q	Объемная плотность ρ (из q)	Поток Дж (из q)	Уравнение
Гидродинамика, жидкости.	m = масса (кг)	ρ = объем массовая плотность (кг м)	ρ u, где. u= поле скоростей жидкости (мс)	$\partial \; \rho \; \partial \; t\; =\; -\; \nabla \; \cdot \; (\rho \; u)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; rho\}\; \{\backslash \; partial\; t\; \}\}\; =\; -\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; (\backslash \; rho\; \backslash \; mathbf\; \{u\})\}$
Электромагнетизм, электрический заряд	q = электрический заряд (Кл)	ρ = объемный электрический плотность заряда (Км · м)	J= электрический плотность тока (А · м)	$\partial \; \rho \; \partial \; t\; =\; -\; \nabla \; \cdot \; J\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; rho\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; =\; -\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\}$
Термодинамика, энергия	E = энергия (Дж)	u = объем плотность энергии (· м)	q= тепловой поток (Вт · м)	$\partial \; u\; \partial \; t\; =\; -\; \nabla \; \cdot \; q\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; u\}\; \{\; \backslash \; partial\; t\}\}\; =\; -\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{q\}\}$
Квантовая механика, вероятность	P = (r, t) = ∫ | Ψ | d r= распределение вероятностей	ρ = ρ (r, t) = | Ψ | = функция плотности вероятности (м),. Ψ = волновая функция квантовой системы	j= ток вероятности / поток	$\partial \; |\; \Psi \; |\; 2\; \partial \; T\; знак\; равно\; -\; \nabla \; \cdot \; J\; \{\backslash \; Displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; |\; \backslash \; Psi\; |\; ^\; \{2\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; =\; -\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{j\}\}$

Более общие уравнения - уравнение конвекции-диффузии и уравнение переноса Больцмана, корни которых лежат в уравнении неразрывности.

Законы классической механики

Принцип наименьшего действия

Вся классическая механика, включая законы Ньютона, уравнения Лагранжа, Уравнения Гамильтона и т. Д. Могут быть выведены из этого очень простого принципа:

$\delta \; S\; =\; \delta \; \int \; t\; 1\; t\; 2\; L\; (q,\; q\; \dot{},\; t)\; dt\; =\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; delta\; \{\backslash \; mathcal\; \{S\}\}\; =\; \backslash \; delta\; \backslash \; int\; \_\; \{t\_\; \{1\}\}\; ^\; \{t\_\; \{2\}\}\; L\; (\backslash \; mathbf\; \{q\},\; \backslash \; mathbf\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\},\; t)\; dt\; =\; 0\}$

где $S\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\; \backslash \; mathcal\; \{S\}\}\}$- это действие ; интеграл от лагранжиана

$L\; (q,\; q\; \dot{},\; t)\; =\; T\; (q\; \dot{},\; t)\; -\; V\; (q,\; q\; \dot{},\; t)\; \{\backslash \; displaystyle\; L\; (\backslash \; mathbf\; \{q\},\; \backslash \; mathbf\; \{\; \backslash \; dot\; \{q\}\},\; t)\; =\; T\; (\backslash \; mathbf\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\},\; t)\; -V\; (\backslash \; mathbf\; \{q\},\; \backslash \; mathbf\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\},\; t)\}$

физический системы между двумя временами t 1 и t 2. Кинетическая энергия системы равна T (функция скорости изменения конфигурации системы), а потенциальная энергия равна V (функция конфигурации и ее скорости изменения). Конфигурация системы, которая имеет N степеней свободы, имеет обобщенными координатами q= (q 1, q 2,.. q N).

Имеются обобщенные импульсы, сопряженные с этими координатами, p = (p 1, p 2,..., p N), где:

$pi\; =\; \partial \; L\; \partial \; q\; \dot{}\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{i\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; L\}\; \{\backslash \; partial\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\; \}\; \_\; \{i\}\}\}\}$

И действие, и лагранжи содержат динамику системы на все времена. Термин «путь» просто относится к кривой, начерченной системой в терминах обобщенных координат в конфигурационном пространстве, то есть кривой q (t), параметризованный временем (см. также параметрическое уравнение для этой концепции).

Действие является функционалом, а не функция , поскольку оно зависит от лагранжиана, а лагранжиан зависит от пути q (t), поэтому действие зависит от всей «формы» пути для всех времен (в интервале времени от t 1 до t 2). Между двумя моментами времени существует бесконечно много путей, но тот, для которого действие стационарно (до первого порядка), является истинным путем. Требуется стационарное значение для всего континуума лагранжевых значений, соответствующих некоторому пути, а не только одному значению лагранжиана (другими словами, это не так просто, как «дифференцировать функцию и установить ее равной нулю, а затем решить уравнения для найти точки максимумов и минимумов и т. д. ", скорее эта идея применяется ко всей" форме "функции, см. вариационное исчисление для более подробной информации об этой процедуре).

Обратите внимание: L - это не полная энергия E системы из-за разницы, а не сумма:

$E\; =\; T\; +\; V\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; =\; T\; +\; V\}$

Следующие общие подходы к классической механике кратко изложены ниже в порядке создания. Это эквивалентные формулировки, Ньютона очень часто используются из-за простоты, но уравнения Гамильтона и Лагранжа более общие, и их диапазон может распространяться на другие разделы физики с соответствующими модификациями.

Законы движения
Принцип наименьшего действия : $S\; =\; \int \; t\; 1\; t\; 2\; L\; dt\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; mathcal\; \{S\}\}\; =\; \backslash \; int\; \_\; \{t\_\; \{1\}\}\; ^\; \{t\_\; \{2\; \}\}\; L\; \backslash ,\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; t\; \backslash ,\; \backslash !\}$
Уравнения Эйлера – Лагранжа : $ddt\; (\partial \; L\; \partial \; q\; \dot{}\; i)\; =\; \partial \; L\; \partial \; qi\; \{\; \backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; t\}\}\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; L\}\; \{\backslash \; partial\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\}\; \_\; \{i\}\}\}\; \backslash \; right)\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; L\}\; \{\backslash \; partial\; q\_\; \{i\}\}\}\}$ Используя определение обобщенного импульса, существует симметрия: $pi\; =\; \partial \; L\; \partial \; q\; \dot{}\; ip\; \dot{}\; i\; =\; \partial \; L\; \partial \; qi\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{i\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; L\}\; \{\backslash \; partial\; \{\backslash \; dot\; \{q\}\}\; \_\; \{i\}\}\}\; \backslash \; quad\; \{\backslash \; dot\; \{p\}\}\; \_\; \{i\}\; =\; \{\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; L\}\; \{\backslash \; partial\; \{q\}\; \_\; \{i\}\}\}\}$	уравнения Гамильтона $\partial \; p\; \partial \; t\; =\; -\; \partial \; H\; \partial \; q\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; dfrac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{\; p\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; =\; -\; \{\backslash \; dfrac\; \{\backslash \; partial\; H\}\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{q\}\}\}\}$. $\partial \; q\; \partial \; t\; =\; \partial \; H\; \partial \; p\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; dfrac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{q\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; =\; \{\backslash \; dfrac\; \{\backslash \; partial\; H\}\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\}\}\}$ Гамильтониан как функция обобщенных координат и импульсов имеет общий форма:. $H\; (q,\; p,\; t)\; =\; p\; \cdot \; q\; \cdot \; -\; L\; \{\backslash \; displaystyle\; H\; (\backslash \; mathbf\; \{q\},\; \backslash \; mathbf\; \{p\},\; t)\; =\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{\; \backslash \; dot\; \{q\}\}\; -L\}$
	уравнение Гамильтона – Якоби $H\; (q,\; \partial \; S\; \partial \; q,\; t)\; =\; -\; \partial \; S\; \partial \; t\; \{\backslash \; displaystyle\; H\; \backslash \; left\; (\backslash \; mathbf\; \{q\},\; \{\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; S\}\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{q\}\}\},\; t\; \backslash right)\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; S\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\}$
Законы Ньютона Законы Ньютона движение Это решение нижнего предела теории относительности. Альтернативными формулировками ньютоновской механики являются лагранжева и гамильтонова механика. Законы можно резюмировать двумя уравнениями (поскольку первое является частным случаем второго, нулевое результирующее ускорение): $F\; =\; dpdt,\; F\; ij\; =\; -\; F\; ji\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; t\}\},\; \backslash \; quad\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; \_\; \{ij\}\; =\; -\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; \_\; \{ji\}\}$ где p = сила тела импульс, Fij= сила, действующая на тело i со стороны тела j, Fji= сила, действующая на тело j со стороны тела i. Для динамической системы два уравнения (эффективно) объединяются в одно: $dpidt\; =\; FE\; +\; \sum \; i\; \ne \; j\; F\; ij\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{i\}\}\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; t\}\}\; =\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; \_\; \{E\}\; +\; \backslash \; sum\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{i\}\; \backslash \; neq\; \backslash \; mathrm\; \{j\}\}\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; \_\; \{\backslash \; mathrm\; \{ij\}\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ , где FE= результирующая внешняя сила (вызванная любым агентом, не являющимся частью системы). Тело i не оказывает на себя силы.

Из вышесказанного можно вывести уравнение движения в классической механике.

Следствия в механике

• Законы движения Эйлера
• Уравнения Эйлера (динамика твердого тела)

Следствия в механике жидкости

Уравнения, описывающие течение жидкости в различных ситуациях, могут быть получены, используя приведенное выше классические уравнения движения и часто сохранения массы, энергии и количества движения. Ниже приведены некоторые элементарные примеры.

• Принцип Архимеда
• Принцип Бернулли
• Закон Пуазейля
• Закон Стокса
• Уравнения Навье - Стокса
• Закон Факсена

Законы гравитации и относительности

Некоторые из более известных законов природы можно найти в теориях Исаака Ньютона о (теперь) классической механике, представленных в его Philosophiae Naturalis Principia Mathematica и в Теория относительности Альбертанштейна .

Современные законы

Специальная теория относительности

Постулаты специальной теории относительности сами по себе «законы», предположения об их природе в терминах относительного движения.

Часто два формулируются как «законы физики одинаковы во всех инерциальных систем отсчета » и «скорость света постоянна». Однако второй вариант избыточен, поскольку скорость света предсказывается уравнениями Максвелла. По сути, только один.

Указанный постулат приводит к преобразованиям Лоренца - закону преобразования между двумя системой отсчета, движущимися относительно друг друга. Для любого 4-вектора

$A\; \text{'}=\; \Lambda \; A\; \{\backslash \; displaystyle\; A\text{'}\; =\; \backslash \; Lambda\; A\}$

это заменяет закон преобразования Галилея из классической механики. Преобразования Лоренца сводятся к преобразованиям Галилея для малых скоростей, намного меньших, чем скорость света c.

Величины 4-вектора являются инвариантами - не «сохранены», но одинаковы для всех инерциальных систем отсчета (т.е. каждый наблюдатель в инерциальной системе отсчета будет согласовывать одно и то же значение), в частности, если A является с четырьмя импульсами, по величине можно вывести знаменитое инвариантное уравнение для массы-энергии и импульса (см. инвариантная масса ):

$E\; 2\; =\; (pc)\; 2\; +\; (\; mc\; 2)\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; E\; ^\; \{2\}\; =\; (pc)\; ^\; \{2\}\; +\; (mc\; ^\; \{2\})\; ^\; \{2\}\}$

, в котором (более известное) эквивалентность массы и энергии E = mc - частный случай.

Общая теория относительности

Общая теория относительности регулируется уравнениями поля Эйнштейна, которые описывают кривизну пространства-времени из-за массы-энергии, эквивалентной гравитационному полю. Решение уравнения геометрии пространства, искривленного из-за распределения массы, дает метрический тензор . Используя уравнение геодезических, можно рассчитать движение масс, падающих по геодезическим.

Гравитомагнетизм

В относительно плоском пространстве-времени из-за гравитационных полей можно найти гравитационные аналоги уравнений Максвелла; уравнения GEM для описания аналогичного гравитомагнитного поля. Они хорошо обоснованы теорией, и экспериментальные проверки составляют основу текущих исследований.

Уравнения поля Эйнштейна (EFE): $R\; \mu \; \nu \; +\; (\Lambda \; -\; R\; 2)\; g\; \mu \; \nu \; =\; 8\; \pi \; G\; c\; 4\; T\; \mu \; \nu \; \{\backslash \; Displaystyle\; R\; \_\; \{\backslash \; mu\; \backslash \; nu\}\; +\; \backslash \; left\; (\backslash \; Lambda\; -\; \{\backslash \; frac\; \{R\}\; \{2\}\}\; \backslash \; right)\; g\; \_\; \{\backslash \; mu\; \backslash \; nu\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{8\; \backslash \; pi\; G\}\; \{c\; ^\; \{4\}\}\}\; T\; \_\; \{\backslash \; mu\; \backslash \; nu\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ где Λ = космологическая постоянная, R μν= тензор кривизны Риччи, T μν= Тензор напряжения-энергии, g μν= метрический тензор	Геодезическое уравнение : $d\; 2\; x\; \lambda \; dt\; 2\; +\; \Gamma \; \mu \; \nu \; \lambda \; dx\; \mu \; dtdx\; \nu \; dt\; =\; 0,\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; ^\; \{2\}\; x\; ^\; \{\; \backslash \; lambda\}\}\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; t\; ^\; \{2\}\}\}\; +\; \backslash \; Gamma\; \_\; \{\backslash \; mu\; \backslash \; nu\}\; ^\; \{\backslash \; lambda\}\; \{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; x\; ^\; \{\backslash \; mu\; \}\}\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; t\}\}\; \{\backslash \; frac\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; x\; ^\; \{\backslash \; nu\}\}\; \{\{\backslash \; rm\; \{d\}\}\; t\}\}\; =\; 0\; \backslash ,\}$ где Γ - символ Кристоффеля второго рода, пользу метрику.
Уравнения GEM Если g гравитационное поле и H гравитомагнитное поле, решения в этих целях будут действовать: $\nabla \; \cdot \; g\; =\; -\; 4\; \pi \; G\; \rho \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\; =\; -4\; \backslash \; pi\; G\; \backslash \; rho\; \backslash ,\; \backslash !\}$ $\nabla \; \cdot \; H\; =\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{H\}\; =\; \backslash \; mathbf\; \{\; 0\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ $\nabla \; \times \; g\; =\; -\; \partial \; H\; \partial \; T\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{H\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\; \}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ $\nabla \; \times \; H\; =\; 4\; c\; 2\; (-\; 4\; \pi \; GJ\; +\; \partial \; g\; \partial \; t)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{H\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{4\}\; \{c\; ^\; \{\; 2\}\}\}\; \backslash \; left\; (-4\; \backslash \; pi\; G\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash ,\; \backslash !\}$ где ρ - массовая плотность и J - массовая плотность тока или массовый поток.
. Кроме того, существует гравитомагнитная сила Лоренца : $F\; =\; \gamma \; (v)\; м\; (г\; +\; v\; \times \; H)\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; =\; \backslash \; gamma\; (\backslash \; mathbf\; \{v\})\; m\; \backslash \; left\; (\backslash \; mathbf\; \{g\}\; +\; \backslash \; mathbf\; \{v\}\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{H\}\; \backslash \; right)\}$ где m - масса покоя частиц, а γ - фактор Лоренца.

Cl ассикальные законы всемирного тяготения Ньютона :

законы всемирного тяготения

законы всемирного тяготения (также Тихо Браге ), верны для любых центральных сил.

закон всемирного тяготения Ньютона : Для двух точечных масс: $F\; =\; G\; м\; 1\; м\; 2\; |\; г\; |\; 2\; р\; ^\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{Gm\_\; \{1\}\; m\_\; \{2\}\}\; \{\backslash \; left\; |\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \backslash \; right\; |\; ^\; \{2\}\}\}\; \backslash \; mathbf\; \{\backslash \; hat\; \{r\}\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ Для неравномерного распределения массы плотности плотности ρ (r ) Объем тела V это принимает следующий вид: $g\; =\; G\; r\; V\; r\; \rho \; d\; V\; |\; г\; |\; 3\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\; =\; G\; \backslash \; int\; \_\; \{V\}\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; mathbf\; \{r\}\; \backslash \; rho\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; \{V\}\}\; \{\backslash \; left\; |\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \backslash \; right\; |\; ^\; \{3\}\}\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$	Закон Гаусса для гравитации : Утверждение, эквивалентное закону Ньютона: $\nabla \; \cdot \; g\; =\; 4\; \pi \; G\; \rho \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{g\}\; =\; 4\; \backslash \; pi\; G\; \backslash \; rho\; \backslash ,\; \backslash !\}$
1-й закон Кеплера: Планеты движутся по эллипсу со звездой в фокусе $r\; =\; l\; 1\; +\; e\; cos\; \; \theta \; \{\backslash \; displaystyle\; r\; =\; \{\; \backslash \; frac\; \{l\}\; \{1\; +\; e\; \backslash \; cos\; \backslash \; theta\}\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ где $e\; =\; 1\; -\; (b\; /\; a)\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; e\; =\; \{\backslash \; sqrt\; \{1-\; (b\; /\; a)\; ^\; \{2\}\}\}\}$ - это эксцентриситет эллиптической орбиты, большой полуоси a и малой полуоси b, а l - полуоси прямая кишка. Само по себе это уравнение не является физически фундаментальным; просто полярное уравнение для эллипса, в котором полюс (начало полярной системы координат) расположен в фокусе эллипса, где находится вращающаяся звезда.
2-й закон Кеплера: равные площади сметаются за равное время (площадь, ограниченная двумя радиальными расстояниями и орбитальной окружностью): $d\; A\; d\; t\; =\; |\; L\; |\; 2\; м\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; A\}\; \{\backslash \; mathrm\; \{d\}\; t\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; left\; |\; \backslash \; mathbf\; \{L\}\; \backslash \; right\; |\}\; \{2m\}\}\; \backslash ,\; \backslash !\; \}$ где L - орбитальный угловой момент частицы (т. Е. Планеты) массы m относительно фокуса орбиты,
3-й закон Кеплера: Квадрат орбитального периода времени T пропорционален кубу большой полуоси a: $T\; 2\; =\; 4\; \pi \; 2\; G\; (m\; +\; M)\; a\; 3\; \{\backslash \; displaystyle\; T\; ^\; \{2\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{4\; \backslash \; pi\; ^\; \{2\}\}\; \{G\; \backslash \; left\; (m\; +\; M\; \backslash \; right)\}\}\; a\; ^\; \{3\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ где M - масса центрального тела (т. Е. Звезды).

Термодинамика

Законы термодинамики
Первые термодинамики : Изменение внутренней энергии dU в замкнутой системе полностью объясняется теплотой δQ, потребляемой системой, и работой δW осуществляется системой: $d\; U\; =\; \delta \; Q\; -\; \delta \; W\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; U\; =\; \backslash \; delta\; Q-\; \backslash \; delta\; W\; \backslash ,\}$ Второй закон термодинамики : Есть много утверждений этого закона, возможно, самое простое - «энтропия» Необратимые изменения не уменьшаются », $\Delta \; S\; \ge \; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; Delta\; S\; \backslash \; geq\; 0\}$ означает, что обратимые изменения имеют нулевое изменение энтропии, необратимые процессы положительны, а невозможные процессы отрицательны.	Нулевой закон термодинамики : Если две системы находятся в тепловом равновесии с третьей системой, то они находятся в тепловом равновесии друг с другом. $TA\; =\; TB,\; TB\; =\; TC\; \Rightarrow \; TA\; =\; TC\; \{\backslash \; displaystyle\; T\_\; \{A\}\; =\; T\_\; \{B\}\; \backslash ,,\; T\_\; \{B\}\; =\; T\_\; \{C\}\; \backslash \; Rightarrow\; T\_\; \{A\}\; =\; T\_\; \{C\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$ Третий закон термодинамики : Когда температура системы приближается к абсолютному нулю, энтропия S приближается к минимальному значению C: при T → 0, S → C.
Для однородных систем и второй закон можно объединить в Фундаментальное термодинамическое соотношение : $d\; U\; =\; T\; d\; S\; -\; P\; d\; V\; +\; \sum \; i\; \mu \; id\; N\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; U\; =\; T\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; SP\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; V\; +\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\}\; \backslash \; mu\; \_\; \{i\}\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; N\_\; \{i\}\; \backslash ,\; \backslash !\}$
Взаимные отношения Onsager : иногда его называют Четвертым законом термодинамики $J\; u\; =\; L\; uu\; \nabla \; (1\; /\; T)\; -\; L\; ur\; \nabla \; (m\; /\; T)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\; \_\; \{u\}\; =\; L\_\; \{uu\}\; \backslash ,\; \backslash \; набла\; (1\; /\; T)\; -\; L\_\; \{ур\}\; \backslash ,\; \backslash \; набла\; (m\; /\; T)\; \backslash !\}$; $J\; r\; =\; L\; ru\; \nabla \; (1\; /\; T)\; -\; L\; rr\; \nabla \; (m\; /\; T)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\; \_\; \{r\; \}\; =\; L\_\; \{ru\}\; \backslash ,\; \backslash \; nabla\; (1\; /\; T)\; -L\_\; \{rr\}\; \backslash ,\; \backslash \; nabla\; (m\; /\; T)\; \backslash !\}$.

• Закон охлаждения Ньютона
• Фурье закон
• Зак он идеального газа объединяет ряд отдельно разработанных газовых идей;
  • закон Бойля
  • законльза
  • закон Гей-Люссака
  • закон Авогадро в один

, теперь улучшенный другими уравнениями состояния

• закон Далтона (парциальных давлений)
• уравнение Больцмана
• теорема Карно
• Коппа

электромагнетизм

уравнения Максвелла дают временную эволюцию электрическое и магнитного поля из-за распределения электрического заряда и тока. Учитывая поля, закон силы Лоренца является уравнением движения для зарядов в полях.

Уравнения Максвелла закон Гаусса для электричества $\nabla \; \cdot \; E\; =\; \rho \; \epsilon \; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; rho\}\; \{\backslash \; varepsilon\; \_\; \{\; 0\}\}\}\}$ Закон Гаусса для магнетизма $\nabla \; \cdot \; B\; =\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; cdot\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; =\; 0\}$ Закон Фарадея $\nabla \; \times \; E\; =\; -\; \partial \; B\; \partial \; T\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\}$ закон Ампера (с поправкой Максвелла) $\nabla \; \times \; В\; знак\; равно\; \mu \; 0\; J\; +\; 1\; с\; 2\; \partial \; E\; \partial \; T\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; nabla\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; =\; \backslash \; mu\; \_\; \{0\}\; \backslash \; mathbf\; \{J\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{c\; ^\; \{2\}\}\}\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\; \backslash \; mathbf\; \{E\}\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; \backslash \}$

Закон силы Лоренца : $F\; =\; q\; (E\; +\; v\; \times \; B)\; \{\; \backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{F\}\; =\; q\; \backslash \; left\; (\backslash \; mathbf\; \{E\}\; +\; \backslash \; mathbf\; \{v\}\; \backslash \; times\; \backslash \; mathbf\; \{B\}\; \backslash \; right)\}$

Квантовая электродинамика (QED): Максвелла уравнения в целом верны и согласуются с теорией относительности, но они не предсказывают некоторые наблюдаемые квантовые явления (например, распространение света в виде электромагнитных волн, r кроме фотонов, подробности см. в уравнениях Максвелла ). Они модифицированы в теории КЭД.

Эти уравнения могут быть изменены, чтобы включать магнитные монополи, и они согласуются с нашими наблюдениями монополей, существующих или не существующих; если они не существуют, обобщенные уравнения сводятся к приведенным выше, если да, уравнения становятся полностью симметричными по электрическим и магнитным зарядам и токам. В самом деле, существует преобразование дуальности, при котором электрические и магнитные заряды могут «вращаться друг в друге» и при этом удовлетворять уравнениям Максвелла.

Законы премаксвелла

Эти законы были обнаружены до формулировки уравнений Максвелла. Они не являются фундаментальными, поскольку могут быть выведены из уравнений Максвелла. Закон Кулона можно найти из закона Гаусса (электростатическая форма), а закон Био – Савара можно вывести из закона Ампера (магнитостатическая форма). Закон Ленца и закон Фарадея могут быть включены в уравнение Максвелла-Фарадея. Тем не менее, они по-прежнему очень эффективны для простых вычислений.

• Закон Ленца
• Закон Кулона
• Закон Био-Савара

Другие законы

• Закон Ома
• Законы Кирхгофа
• Закон Джоуля

Фотоника

Классически оптика основана на вариационном принципе : свет перемещается из одной точки пространства в другую за кратчайшее время.

• Принцип Ферма

В геометрической оптике законы основаны на приближениях в евклидовой геометрии (таких как параксиальное приближение ).

• Закон отражения
• Закон преломления, Закон Снеллиуса

В физической оптике законы основаны на физических свойствах материалов.

• Угол Брюстера
• Закон Малуса
• Закон Бера – Ламберта

На самом деле оптические свойства материи значительно сложнее и требуют квантовой механики.

Законы квантовой механики

Квантовая механика уходит корнями в постулаты. Это приводит к результатам, которые обычно не называют «законами», но имеют тот же статус, поскольку вся квантовая механика следует из них.

Один постулат о том, что частица (или система многих частиц) описывается волновой функцией, и это удовлетворяет квантовому волновому уравнению, а именно уравнению Шредингера (которое может быть записано как нерелятивистское волновое уравнение или релятивистское волновое уравнение ). Решение этого волнового уравнения предсказывает эволюцию поведения системы во времени, аналогично решению законов Ньютона в классической механике.

Другие постулаты меняют представление о физических наблюдаемых; с использованием квантовых операторов ; некоторые измерения невозможно провести в один и тот же момент времени (Принципы неопределенности ), частицы принципиально неотличимы. Другой постулат; постулат коллапса волновой функции противоречит обычной идее измерения в науке.

Квантовая механика, Квантовая теория поля Уравнение Шредингера (общая форма): Описывает временную зависимость квантово-механической системы. $я\; \hslash \; д\; д\; т\; |\; \psi ⟩\; =\; H\; ^\; |\; \psi ⟩\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; \backslash \; hbar\; \{\backslash \; frac\; \{d\}\; \{dt\}\}\; \backslash \; left\; |\; \backslash \; psi\; \backslash \; right\; \backslash \; rangle\; =\; \{\backslash \; hat\; \{H\}\}\; \backslash \; left\; |\; \backslash \; psi\; \backslash \; right\; \backslash \; rangle\}$ Гамильтониан (в квантовой механике) H - это самосопряженный оператор, действующий в пространстве состояний, $|\; \psi ⟩\; \{\backslash \; displaystyle\; |\; \backslash \; psi\; \backslash \; rangle\}$(см. нотация Дирака ) - мгновенный вектор квантового состояния в момент времени t, положение r, i - единица измерения мнимое число, ħ = h / 2π - приведенная постоянная Планка.	дуальность волна-частица Закон Планка – Эйнштейна : энергия фотонов пропорциональна частоте света (постоянная постоянная Планка, h). $E\; =\; h\; \nu \; =\; \hslash \; \omega \; \{\backslash \; displaystyle\; E\; =\; h\; \backslash \; nu\; =\; \backslash \; hbar\; \backslash \; omega\}$ длина волны Де Бройля : это заложило основы дуальности волна-частица и стало ключевое понятие в уравнении Шредингера, $p\; =\; h\; \lambda \; k\; ^\; =\; \hslash \; К\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; mathbf\; \{p\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{h\}\; \{\backslash \; lambda\}\}\; \backslash \; mathbf\; \{\backslash \; hat\; \{k\}\}\; =\; \backslash \; hbar\; \backslash \; mathbf\; \{k\}\}$ Принцип неопределенности Гейзенберга :Неопределенность в положении, умноженном на неопределенность в импульс составляет не менее половины приведенной постоянной Планка, аналогично для времени и энергии ; $\Delta \; x\; \Delta \; p\; \ge \; \hslash \; 2\; \Delta \; E\; \Delta \; t\; \ge \; \hslash \; 2\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; Delta\; x\; \backslash \; Delta\; p\; \backslash \; geq\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; hbar\}\; \{2\}\},\; \backslash ,\; \backslash \; Delta\; E\; \backslash \; Delta\; t\; \backslash \; geq\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; hbar\}\; \{2\}\}\}$ Принцип неопределенности может быть обобщен на любую пару наблюдаемых - см. Основную статью.
Волновая механика Уравнение Шредингера (исходная форма): $i\; \hslash \; \partial \; \partial \; t\; \psi \; =\; -\; \hslash \; 2\; 2\; м\; \nabla \; 2\; \psi \; +\; V\; \psi \; \{\backslash \; displaystyle\; i\; \backslash \; hbar\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; partial\}\; \{\backslash \; partial\; t\}\}\; \backslash \; psi\; =\; -\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; hbar\; ^\; \{2\}\}\; \{2m\}\}\; \backslash \; nabla\; ^\; \{2\}\; \backslash \; psi\; +\; V\; \backslash \; psi\}$
Принцип исключения Паули : Никакие два одинаковых фермиона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии (бозоны могут). Математически, если две частицы поменять местами, фермионные волновые функции антисимметричны, бозонные волновые функции симметричны: $\psi \; (\cdots \; ri\; \cdots \; rj\; \cdots )\; =\; (-\; 1)\; 2\; s\; \psi \; (\cdots \; rj\; \cdots \; ri\; \cdots )\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; psi\; (\backslash \; cdots\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \_\; \{i\}\; \backslash \; cdots\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \_\; \{j\}\; \backslash \; cdots)\; =\; (-\; 1)\; ^\; \{2s\}\; \backslash \; psi\; (\backslash \; cdots\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \_\; \{\; j\}\; \backslash \; cdots\; \backslash \; mathbf\; \{r\}\; \_\; \{i\}\; \backslash \; cdots)\}$ где ri- это положение частиц i, а s - спин частиц. Невозможно использовать частицы физически, метки используются только математически, чтобы избежать путаницы.

Законы излучения

Применяя электромагнетизм, термодинамику и квантовую механику к атомам и молекулам, некоторые законы электромагнитного излучения и света заключаются в следующем.

• Стефана-Больцмана
• закон излучения черного тела Планка
• закон с нарушением Вина
• закон радиоактивного распада

химические законы - это те законы природы относится к химии. Исторически приведены данные о создании множества эмпирических систем, хотя теперь известно, что химия имеет свои основы в квантовой механике.

Количественный анализ

Самым фундаментальным понятием в химии закон сохранения массы, в котором говорится, что нет заметного количества вещества во время обычной химической реакции. Современная физика показывает, что на самом деле сохраняет энергию и что энергия и масса связаны ; Концепция, которая появляется в ядерной химии. Сохранение энергии приводит к важным концепциям равновесия, термодинамики и кинетики.

Дополнительные законыии развивают закон сохранения массы. Закон Джозефа Пруста об определенном составе гласит, что чистые химические вещества состоят из элементов в определенной формуле; Мы знаем, что структурное расположение этих элементов также важно.

закон множественных пропорций Далтона гласит, что эти химические вещества будут представлены в пропорциях, которые представляют собой небольшие целые числа; хотя во многих системах (особенно в биомакромолекулах и минералах ) для дробений обычно требуются большие числа и часто они представляют в дроби.

Закон определенного состава и закон множественных пропорций - это первые два из трех трех видов стехиометрии, пропорции, в которых химические элементы объединяются в химические соединения. Третий закон стехиометрии - это закон обратных пропорций, который должен быть испытан для каждого химического элемента , эквивалентных весов. Затем можно использовать эквивалентные веса элементов для получения атомных весов для каждого элемента.

Более современные законы химии определяют взаимосвязь между энергией и ее преобразованиями.

Кинетика реакции и равновесие

• В равновесии молекулы существуют в смеси, определяемой превращениями, возможными на шкале времени равновесия, и находятся в соотношении, определяемом внутренней энергией молекул - чем ниже собственная энергия, тем больше в молекуле. Принцип Ле Шателье гласит, что система противостоит изменениям условий из состояний равновесия, то есть существует противодействие изменению состояния равновесной реакции.
• Преобразование одной структуры в другую требует участия энергия для преодоления энергетического барьера; это может происходить из внутренней энергии самих молекул или из внешнего источника, который обычно ускоряет превращения. Чем выше энергетический барьер, тем медленнее происходит преобразование.
• Существует гипотетическая промежуточная или переходная структура, которая соответствует структуре на вершине энергетического барьера. В постулате Хаммонда-Леффлера утверждается, что эта структура больше всего похожа на продукт или исходный материал, имеющий внутреннюю энергию, наиболее близкую к энергии энергетического барьера. Стабилизация этого гипотетического промежуточного продукта посредством химического взаимодействия является одним из способов достижения катализа.
• Все химические процессы обратимы (закон микроскопической обратимости ), хотя некоторые процессы имеют такое энергетическое отклонение, что они по существу необратимы.
• Скорость реакции имеет математический параметр, известный как константа скорости. Уравнение Аррениуса дает зависимость константы скорости от температуры и энергии активации - эмпирический закон.

Термохимия

• Закон Дюлонга – Пети
• Уравнение Гиббса – Гельмгольца
• Закон Гесса

Газовые законы

• Закон Рауля
• Закон Генри

Химический перенос

• Законы диффузии Фика
• Закон Грэма
• Уравнение Ламма

.

• Закон Арчи
• Закон Байса-Балло
• Закон Берча
• Закон Байерли
• Принцип изначальной горизонтальности
• Закон суперпозиции
• Принцип боковой непрерывности
• Принцип сквозные взаимосвязи
• Принцип сукцессии фауны
• Принцип включений и компонентов
• Закон Вальтера

Некоторые математические теоремы и аксиомы называются законами, потому что они обеспечивают логическое обоснование эмпирических законов.

Примеры других наблюдаемых явлений, иногда описываемых как законы, включают закон Тициуса – Боде положения планет, закон Ципфа лингвистики и закон Мура технологического роста. Многие из этих законов относятся к сфере неудобной науки. Другие законы прагматичны и основаны на наблюдении, например, закон непредвиденных последствий. По аналогии, принципы в других областях исследования иногда называют «законами». К ним относятся бритва Оккама как принцип философии и принцип Парето экономики.

Наблюдение за существованием основных закономерностей в природе датируется доисторическими временами, поскольку признание причинно-следственных связей является неявным признанием того, что существуют законы природы. Однако признание таких закономерностей, как независимые научные законы как таковые, было ограничено их включением в анимизм и приписыванием многих эффектов, не имеющих очевидных причин, таких как как метеорологические, астрономические и биологические явления - к действиям различных богов, духов, сверхъестественные существа и т. д. Наблюдения и размышления о природе были тесно связаны с метафизикой и моралью.

Согласно позитивистской точке зрения, по сравнению с досовременными описаниями причинности, законы природы заменяют необходимость божественной причинности на с одной стороны, и такие отчеты, как Платон теория форм, с другой.

В Европе систематическое теоретизирование о природе (physis ) началось с первых греческих философов и ученых и продолжилось в эллинистическом и Римские имперские периоды, в течение которых интеллектуальное влияние римского права становилось все более важным.

Формула «закон природы» впервые появляется как «живая метафора», которую предпочитают латинские поэты Лукреций, Вергилий, Овидий, Манилий, со временем получив прочное теоретическое присутствие в прозаических трактатах Сенеки и Плиния. Почему это римское происхождение? Согласно убедительному рассказу [историка и классика Дарина] Лехукса, эта идея стала возможной благодаря ключевой роли кодифицированного права и судебной аргументации в римской жизни и культуре... Для римлян... главным местом, где пересекаются этика, право, природа, религия и политика, является суд. Когда мы читаем Естественные вопросы Сенеки и снова и снова наблюдаем за тем, как он применяет стандарты доказательств, оценки свидетелей, аргументов и доказательств, мы можем признать, что читаем одного из великих римских риторов того времени, тщательно погружен в судебно-медицинский метод. И не только Сенека. Юридические модели научного суждения появляются повсюду и, например, оказываются в равной степени неотъемлемой частью подхода Птолемея к проверке, где разум отводится роль магистрата, а чувства - раскрытия доказательств, и диалектическая причина - причина самого закона.

Точная формулировка того, что сейчас признано современными и действительными утверждениями законов природы, восходит к 17 веку в Европе, с началом точных экспериментов и развития передовых форм математика. В этот период натурфилософы, такие как Исаак Ньютон находились под влиянием религиозного взгляда, согласно которому Бог установил абсолютные, универсальные и неизменные физические законы. В главе 7 книги Мир Рене Декарт описал «природу» как саму материю, неизменную, созданную Богом, поэтому изменения в частях «следует приписать природе. в которых происходят эти изменения, я называю «законами природы» ». Современный научный метод, оформившийся в это время (с Фрэнсисом Бэконом и Галилеем ), направлен на полное отделение науки от теологии с минимальными предположениями о метафизика и этика. Естественный закон в политическом смысле, задуманный как универсальный (т.е. отделенный от сектантской религии и случайностей места), также был разработан в этот период (Гроций, Спиноза и Гоббс, и это лишь некоторые из них).

Различие между естественным правом в политико-правовом смысле и законом природы или физическим законом в научном смысле является современным, причем оба понятия в равной степени происходят от physis, греческое слово (переведенное на латынь как natura) для обозначения природы.

• Эмпирический метод
• Эмпирическое исследование
• Эмпирические статистические законы
• Список законов
• Гипотеза
• Закон (принцип)
• Философия науки
• Физическая постоянная
• Научные законы, названные в честь людей
• Теория

• Physics Formulary, полезная книга в различных форматах, содержащая множество физических законов и формул.
• Eformulae.com, веб-сайт, содержащий большинство формул в различных дисциплинах.
• СМИ, связанные с Научные законы на Wikimedia Commons
• Стэнфордская философская энциклопедия : «Законы природы» Джона У. Кэрролла.
• Бааки, Белал Э. "Законы физики" : Букварь ". Основная учебная программа, Национальный университет Сингапура.
• Фрэнсис, Эрик Макс. "Список законов".. Физика. Alcyone Systems
• Пазамета, Зоран. «Законы природы». Комитет по научному исследованию утверждений о паранормальных явлениях.
• Интернет-энциклопедия философии. «Законы природы» - Норман Шварц
• «Законы природы», в наше время, дискуссия BBC Radio 4 с Марком Бьюкененом, Фрэнком Клоузом и Нэнси Картрайт (октябрь. 19, 2000)