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物理定律(Physical law)是以經過多年重複實驗和觀察為基礎,並在科學領域內普遍接受的典型結論。一些物理定律是由於自然界,時間和空間等的對稱性的反映。

1 物理定律 -概述

物理定律(Physical law)是從特別事實推導出的理論學科。物理定律是以經過多年重複實驗和觀察為基礎並在科學領域內普遍接受的典型結論。用定律形式歸納描述我們環境是科學的基本目的。並非所有作者對物理定律用法相同;一些哲學家,如諾曼·斯沃茨認為這是自然的定律,而不是由科學家推導出來。

物理定律和「物理學定律」不同;它包含其它科學(如生物)的在內。

2 物理定律 -性質

物理定律有下列性質:

真實,在它的有效範圍內。根據定義,它永不會和觀察到的現象矛盾。

普遍,它在宇宙任何地方都適用。

簡單,它們可用典型的數學方程表達。

絕對,宇宙中無任何東西能影晌它。

穩定,從第一次發現后,就不會改變。

萬能,宇宙中所有都服從它。

一般有量的守恆關係。

3 物理定律 -分類

由於定律的簡單性而和科學理論明顯不同。科學理論一般比定律複雜;它有許多部分,它們可隨有效實驗數據發展而改變。而定律是經驗觀察的總結。簡單地說;定律表示發生了一些事;而理論則解析一些事為何及怎樣發生。  

自然界較出名的定律有:1.牛頓經典力學理論;2.愛因斯坦的相對論;3.波義爾氣體定律,守恆律,熱力學四定律等。

以定義做定律

一些「科學定律」以數學定義形式出現(如牛頓第二定律F=ma,或測不準原理),這些定律解析我們所感覺到的。實際它們仍然是經驗而不是數學,而是事實。

數學對稱性造成的定律

在自然界發現其它反應數學對稱性的定律(如泡利不相容原理反映了電子的一致性;守恆定律反映了空間,時間的均勻性;羅倫茨變換反映了空-時轉動對稱性。)定律經常受到更高精度實驗的撿驗。這是科學主要目的之一。

一些已建立起來的定律在一些特別情況下是無效的。但只能說新的公式(定律)更普遍化,而不是拋棄原有的定律。也是說,已發現這無效定律僅僅是個近似(見下),要加上以前沒考慮的條件。即十分大或十分小的時間或空間標尺,巨大速度或質量等。這樣,與不變的知識相比,物理定律可看成一系列不斷改進和更精確更普遍化的經驗總結。

近似定律

一些定律是其它更一般定律的近似;而在限制的應用範圍內很好的近似;例如,牛頓動力學是特別相對論的低速情況。類似,牛頓的萬有引力定律是廣義相對論的低-質量近似。而庫倫定律是大距離(與弱相互作用區域比)的量子電動力學近似。在此情況下,一般用定律的簡單,近似形式代替較精確的一般形式。

從對稱原理推導出的物理定律

許多基本物理定律是時間,空間或自然其它性質各種對稱性數學的結果。特別是牛頓的一些守恆定律與一些對稱性有關;例如:能量守恆是時間移動對稱性的結果(時間的任一瞬間都是相同的),而動量守恆是空間(空間無特殊點)對稱性(均勻性)的結果。各種基本類型的所有粒子(如,電子,或光子)的不可區別性導致戴拉(Dirac)和玻色量子統計,它導致費米子的泡利不相容原理。時間和空間之間坐標軸轉動對稱性(把某一當虛軸,另一就是實軸),導致了羅蘭茲變換。進而得出特殊相對論。慣性和引力質量間的對稱性得出廣義相對論。

要研究自然最基本的定律,就應研究最一般的數學對稱群,它能用到基本的相互作用。

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