Физический закон

Физи́ческий зако́н — эмпирически установленная и выраженная в строгой словесной и/или математической формулировке устойчивая, повторяющаяся во множестве опытов, связь между физическими величинами в повторяющихся явлениях, процессах и состояниях тел и других материальных объектов в окружающем мире^[1].

Выявление физических закономерностей составляет основную задачу физической науки.

Описание

Для того, чтобы некая связь могла быть названа физическим законом, она должна удовлетворять следующим требованиям:

• Эмпирическая подтверждённость. Физический закон считается верным, если подтверждён многократными экспериментами.
• Универсальность. Закон должен быть справедлив для большого числа объектов. В идеале — для всех объектов во Вселенной.
• Устойчивость. Физические законы не меняются со временем, хотя и могут признаваться приближениями к более точным законам.

Физические законы, как правило, выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы:

Физический закон должен обладать математической красотой П. А. М. Дирак

Примеры

Одними из самых известных физических законов являются^[2]:

• Закон Архимеда
• Закон Бойля — Мариотта
• Закон всемирного тяготения
• Законы Ньютона
• Закон Кулона
• Уравнения Максвелла
• Законы термодинамики
• Закон Фарадея
• Закон сохранения энергии
• Принцип наименьшего действия
• H-теорема
• Принцип неопределённости
• Принцип дополнительности

Законы-принципы

Некоторые физические законы носят универсальный характер и по своей сути являются определениями. Такие законы часто называют принципами. К ним относятся, например, второй закон Ньютона (определение силы), закон сохранения энергии (определение энергии), принцип наименьшего действия (определение действия) и др.

Законы-следствия симметрий

Часть физических законов являются простыми следствиями некоторых симметрий, существующих в системе. Так, законы сохранения согласно теореме Нётер являются следствиями симметрии пространства и времени. А принцип Паули, например, является следствием идентичности электронов (антисимметричность их волновой функции относительно перестановки частиц).

Приблизительность законов

Все физические законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения. Это ограничение не позволяет утверждать, что какой-либо из законов носит абсолютный характер. Известно, что часть законов заведомо не являются абсолютно точными, а представляют собой приближения к более точным. Так, законы Ньютона справедливы только для достаточно массивных тел, двигающихся со скоростями, значительно меньшими скорости света. Более точными являются законы квантовой механики и специальной теории относительности. Однако, и они в свою очередь являются приближениями более точных уравнений квантовой теории поля.

Интересные факты

• Из 35 законов элементарной физики лишь 17 формулируются при помощи математических уравнений, остальные законы формулируются лишь словесно, из более чем 300 понятий элементарной физики лишь около 50 вводятся при помощи формул, остальные лишь словесно^[3].

См. также

• Закон (наука)
• Фальсифицируемость

Примечания

Литература

• Pичард Фейнман. Характер физических законов. — Издание второе, исправленное. (1-е изд.— М., «Мир» 1968 г.). — М.: Наука, 1987. — 160 с. — 163 000 экз.
• Claus Kiefer. On the Concept of Law in Physics (англ.) // Proceedings of the conference «The concept of law in science», Heidelberg, 4-5 June 2012. — arXiv:1301.5110.