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Ein physikalisches Gesetz oder auch Naturgesetz beschreibt (meist in mathematischer Form) ZustĂ€nde und deren Änderungen eines physikalischen Systems mittels messbarer, eindeutig definierter physikalischer GrĂ¶ĂŸen (Parameter, Variablen).

Inhaltsverzeichnis

Bearbeiten Einleitung

Physikalische Gesetze formulieren in der Regel VerÀnderungszusammenhÀnge: Sie beschreiben also, wie eine Ausgangssituation durch eine Verlaufsfunktion in eine Endsituation verÀndert wird.

Ob man mit physikalischen Gesetzen alle Beobachtungen in der Natur beschreiben kann, hĂ€ngt davon ab, wie gut das entsprechende Modell die Wirklichkeit abbildet. Nur das Modell kann exakt berechnet werden – die gesamte Natur selbst nicht.

Ein physikalisches Gesetz muss mit reproduzierbaren physikalischen Experimenten vereinbar sein. Im allgemeinen Sprachgebrauch gilt es dann auch als bestÀtigt. Ein physikalisches Gesetz ist immer Teil einer physikalische Theorie, die einheitlich und widerspruchsfrei sein muss und durch die Praxis bestÀtigt werden muss. Eine Theorie, deren Vorhersagen noch nicht bestÀtigt werden konnten, lÀsst sich genauer mit dem Begriff Hypothese charakterisieren (wie z.B. die Stringtheorie).

Eine geschlossene Theorie ist die Gesamtheit von Gesetzen, die ein ganzes Gebiet vollstĂ€ndig beschreiben, wie z. B. die Maxwellschen Gleichungen die gesamte Elektrodynamik beschreiben. Dies gilt allerdings wieder nur in den definierten Grenzen und Modellen (idealer Leiter, ideales Vakuum etc.).

Physikalische Gesetze sind meist in der Sprache der Mathematik verfasst, da diese die notwendige logische und konzeptionelle Klarheit besitzt. Hinzu kommen sprachliche Beschreibungen und Illustrationen der ZusammenhĂ€nge. Sowohl die einzelnen Begriffe als auch der Geltungsbereich mĂŒssen hierbei definiert sein.

Die wissenschaftlich akzeptierten physikalischen Gesetze bestimmen das im 20. Jahrhundert vorherrschende materielle Weltbild. Es steht im Gegensatz zu einem Weltbild, in dem sich die Natur nicht ausschließlich entsprechend beobachtbarer GesetzmĂ€ĂŸigkeiten verhĂ€lt, sondern auch entsprechend anderen (nicht beobachtbaren) Prinzipien, wie z.B. entsprechend dem Willen höherer Wesen oder des Confinements.

Bearbeiten Naturgesetze als Spiegel des wissenschaftlichen Fortschritts

Im Laufe der Zeit wurden immer wieder scheinbar unabhĂ€ngige Gesetze auf jeweils einen zu Grunde liegenden Zusammenhang zurĂŒckgefĂŒhrt. Ein Beispiel hierfĂŒr sind die zahlreichen in der Mechanik beschriebenen KrĂ€fte und die Gesetze ihres Wirkens, die letzten Endes alle auf elektromagnetische Wechselwirkungen und die Gravitation zwischen und in den involvierten Körpern zurĂŒckgefĂŒhrt werden können.

Der Übergang von der Newton'schen Physik zur Relativistik Albert Einsteins zeigt, wie sich als unumstĂ¶ĂŸlich erkannt geglaubte Gesetze dann doch nur als Modell fĂŒr einen Spezialfall (nĂ€mlich fĂŒr kleine Geschwindigkeiten und Massen) erweisen.

Diese Überlegung fĂŒhrt zur Suche nach "letzten" und grundlegenden Gesetzen, einem Weltgesetz, mit dem "alles" erklĂ€rt und aufgebaut werden kann, vergleichbar den mathematischen Axiomen. "Stringtheorie", "Quantengravitation" und "Große Vereinheitlichte Theorie" sind Beispiele fĂŒr diese BemĂŒhungen nach Vereinheitlichung.

Jedes Naturgesetz, das auf ein allgemeineres Gesetz zurĂŒckgefĂŒhrt werden kann, hat nur noch den Rang eines Modells. Ein Argument fĂŒr die Vermutung, alle uns bekannten Naturgesetze seien tatsĂ€chlich nur Konstrukte des menschlichen Geistes.

Bearbeiten Formulierungsschema

Um die VorgĂ€nge exakt zu beschreiben, werden Naturgesetze meist mathematisch formuliert. Ein Beispiel dafĂŒr ist das Gravitationsgesetz von Isaac Newton. Es lautet: Die Anziehungskraft F zwischen zwei Massen m1 und m2 ist proportional der GrĂ¶ĂŸe der Massen und umgekehrt proportional zum Abstandquadrat r2.

F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}.

G ist dabei ein ProportionalitÀtsfaktor, der die Massen m1 und m2 und das Inverse des Abstandsquadrats 1 / r2 miteinander in Relation setzt. Da dieser als Gravitationskonstante bezeichnete Faktor in allen denkbaren physikalischen Systemen den exakt gleichen Wert besitzt und eine fundamentale physikalische Wechselwirkung (die Anziehung von Massen untereinander) beschreibt, spricht man von einer Naturkonstante.

Bearbeiten Beispiele fĂŒr Naturgesetze

Bearbeiten Kein Naturgesetz

Die Abgrenzung was ein Naturgesetz ist und was keines, ist nicht immer ganz scharf.


Bearbeiten Naturgesetze, die als solche widerlegt wurden (Vermeintliche Naturgesetze)

  • Die Genetische Information fließt immer von der DNA zur RNA und nicht umgekehrt.
  • Chromosomen und Gene sind unteilbare Einheiten der Vererbung
    • Dieser Gedanke der Genetik des frĂŒhen zwanzigsten Jahrhunderts wurde durch die Existenz der springenden Gene beim Mais (Transposition) widerlegt.
  • Das Licht braucht den Äther als TrĂ€germedium.
    • Die Ätherlehre wurde am Anfang des 20. Jahrhunderts durch genaue Messungen der Lichtgeschwindigkeit abgeschafft.
  • Leben entsteht immer wieder neu. (Heuaufgusstheorie)
    • Leben entsteht immer durch Zeugung anderer Lebewesen.
    • Nur am Anfang des Lebens auf der Erde ist das Leben aus dem Unbelebten neu entstanden.
  • Organische Stoffe können nicht aus anorganischen hergestellt werden - es wird eine Art "Lebenskraft", die "Vis Vitalis" benötigt.
  • Phlogiston (griechisch phlogistĂłs – verbrannt) oder Caloricum ist eine hypothetische Substanz, von der man im spĂ€ten 17. und 18. Jahrhundert glaubte, dass sie allen brennbaren Körpern bei der Verbrennung entweicht, sowie bei ErwĂ€rmung in sie eindringt.
    • Die Phlogiston-Theorie wurde Ende des 18. Jahrhunderts von Antoine Lavoisier durch die Oxidationstheorie abgelöst. Er untersuchte die GewichtsverĂ€nderung verschiedener Stoffe bei Oxidation bzw. Reduktion und entdeckte, dass das gerade entdeckte Element Sauerstoff dabei die entscheidende Rolle spielt.

Bearbeiten Historisches Ereignis, aber kein Naturgesetz

  • Der genetische Code gilt fĂŒr alle Lebewesen gleichermaßen.
    • Die Aussage ist (abgesehen von einigen Cyanobakterien) wahr, beruht aber auf einem historisch einmaligen Ereignis (der Evolution des genetischen Codes), nicht auf einer GesetzmĂ€ĂŸigkeit.
  • Der Mensch und der Affe haben gemeinsame Vorfahren.
    • Die Aussage ist ebenfalls wahr, gilt aber nur fĂŒr die genannten Arten (Mensch und Affe) und kann daher kein Gesetz mit universeller GĂŒltigkeit sein.

Bearbeiten Mathematischer Lehrsatz, aber kein Naturgesetz

Viele mathematische SÀtze enthalten wichtige Aussagen, die in der Naturwissenschaft und anderswo genutzt werden. So ist der Satz korrekt: Die Winkelsumme im Dreieck in der Ebene betrÀgt 180 Grad. Nach allgemeiner Meinung ist er allerdings ein mathematischer Lehrsatz, der auf gewissen Grundaxiomen der Geometrie beruht. Er ist aber kein Naturgesetz.

Bearbeiten Empirisches Gesetz, aber kein Naturgesetz

In den angewandten Wissenschaftszweigen und der der Technik verwendet man zahlreich Formeln, die gewisse ZusammenhĂ€nge physikalischer MessgrĂ¶ĂŸen hinreichend beschreiben, ohne dass die zugrundeliegenden ZusammenhĂ€nge eindeutig klar sind: Sie „funktionieren“ einfach, „erfahrungsgemĂ€ĂŸâ€œ und „gut genug“. Das nennt man empirische Formel oder empirisches Gesetz.

Diese Formeln sind keine GesetzmĂ€ĂŸigkeiten im physikalischen Sinne, ihnen fehlt die theoretische Grundlage. Teilweise handelt es sich jedoch um IdealfĂ€lle oder Vereinfachungen von Naturgesetzen, deren Ungenauigkeit sich in bekanntem Rahmen hĂ€lt, und fĂŒr eine spezifische Anwendung hinreichend genau ist.

Andererseits mĂŒssen empirische Formeln oder FormelsĂ€tze aber nicht einmal unbedingt auf die korrekten Einheiten RĂŒcksicht nehmen und benutzen oft ebenso empirische KenngrĂ¶ĂŸen (dimensionslose Kennwerte). Im Extremfall nennt man sie dann Faustregel.

Bearbeiten Information

Die Frage nach der EigenstĂ€ndigkeit von physikalischen Gesetzen hat sich heute gewissermaßen verallgemeinert zur Frage nach der EigenstĂ€ndigkeit von Information: Da Reproduzierbarkeit der Information ebenso vorausgesetzt ist wie den physikalischen Gesetzen, hĂ€ngt ihre Geltung davon ab, ob sich diese Reproduzierbarkeit empirisch bestĂ€tigt. Die Möglichkeit zur Reproduktion lĂ€sst sich allerdings nicht von der Wirklichkeit trennen, dass die Reproduktion tatsĂ€chlich geschieht. Und so bleibt jede Geltung ein soziales PhĂ€nomen. Neben allen technischen Optionen setzt sie ein Interesse und einen Konsens voraus. Die allgemeine Meinung besagt, Information ohne InformationstrĂ€ger gibt es nicht.

Bearbeiten Siehe auch

Bearbeiten Literatur

  • David Armstrong: What Is a Law of Nature?, Cambridge University Press, 1983 S. L. Goldman: Review
  • Alfred Jules Ayer: What is a law of nature?, in: Revue Internationale de Philosophie 10 (1956), 144-65, auch in: Curd/Cover 1998
  • Helen Beebee: The Non-Governing Conception of Laws of Nature, in: Philosophy and Phenomenological Research 61 (2000), 571-594.
  • Nancy Cartwright: How the Laws of Physics Lie, Oxford University Press 1983
  • M.Curd, J. A. Cover (Hgg.): Philosophy of Science: The Central Issues, W.W. Norton & Company 1998, v.a. 808-877
  • Fred Dretske: Laws of Nature, in: Philosophy of Science 44 (1977), 248-268.
  • John Foster: The Divine Lawmaker: Lectures on Induction, Laws of Nature, and the Existence of God, Oxford: Clarendon Press, 2004. Evan Fales: Review, in: Notre Dame Philosophical Reviews 2004
  • R.N. Giere: Science Without Laws, Chicago: University of Chicago Press 1999
  • Carl Gustav Hempel: Aspects of Scientific Explanation, New York: Free Press 1965
  • W. Kneale: Natural Laws and Contrary-to-Fact Conditionals, in: Analysis 10 (1950), 121-25.
  • M. Lange: Natural Laws in Scientific Practice. Oxford: Oxford University Press 2000
  • John Leslie Mackie: The Cement of the Universe, Oxford University Press 1974
  • S. Mumford: Laws in Nature, Routledge Stathis Psillos: Review
  • Karl Popper: A Note on Natural Laws and So-Called Contrary-to-Fact Conditional, in: Mind 58 (1949), 62-66.
  • Patrick Suppes (Hg.): The Structure of Scientific Theories, Urbana: University of Illinois Press 2. A. 1977
  • Michael Tooley: The Nature of Laws, in: Canadian Journal of Philosophy 7 (1977), 667-698
  • Bas van Fraassen: Laws and Symmetry, Oxford: Clarendon Press 1989

Bearbeiten PopulÀre Literatur

Bearbeiten Weblinks

Wikiquote Wikiquote: Naturgesetz â€“ Zitate

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