القانون العلمي

القوانين العلمية، أو قوانين العلم، هي عبارات تستند إلى تجارب أو ملاحظات متكررة ، تصف أو تتنبأ بمجموعة من الظواهر الطبيعية . ^[¹^] يُستخدم مصطلح "القانون" استخدامات متنوعة في كثير من الحالات (تقريبي، دقيق، واسع، أو ضيق) في جميع مجالات العلوم الطبيعية ( الفيزياء ، الكيمياء ، علم الفلك ، علوم الأرض ، علم الأحياء ). تُستخلص القوانين من البيانات، ويمكن تطويرها بشكل أكبر من خلال الرياضيات ؛ وفي جميع الأحوال، تستند بشكل مباشر أو غير مباشر إلى أدلة تجريبية . من المفهوم عمومًا أنها تعكس ضمنيًا، وإن لم تُصرّح صراحةً، علاقات سببية جوهرية للواقع، وهي تُكتشف لا تُخترع. ^[²^]

تُلخص القوانين العلمية نتائج التجارب أو الملاحظات، عادةً ضمن نطاق تطبيق محدد. وبشكل عام، لا تتغير دقة القانون عند وضع نظرية جديدة للظاهرة المعنية، بل يتغير نطاق تطبيقه، لأن الصيغة الرياضية أو العبارة التي تُمثله لا تتغير. وكما هو الحال مع أنواع المعرفة العلمية الأخرى، لا تُعبر القوانين العلمية عن يقين مطلق، كما تفعل القوانين الرياضية . فقد تُناقض الملاحظات المستقبلية القانون العلمي، أو تُقيده، أو تُوسعه.

يمكن صياغة القانون غالبًا في صورة عبارة أو عدة معادلة ، بحيث يُمكنه التنبؤ بنتيجة تجربة ما. تختلف القوانين عن الفرضيات والمسلمات ، التي تُطرح خلال العملية العلمية قبل وأثناء التحقق منها بالتجربة والملاحظة. الفرضيات والمسلمات ليست قوانين، لأنها لم تُثبت بنفس الدرجة، مع أنها قد تُفضي إلى صياغة قوانين. نطاق القوانين أضيق من نطاق النظريات العلمية ، التي قد تتضمن قانونًا واحدًا أو عدة قوانين. ^{[ 3 ]} يُميز العلم بين القانون أو النظرية والحقائق. ^{[ 4 ]} وصف القانون بأنه حقيقة هو أمر مُبهم ، أو مُبالغ فيه ، أو مُلتبس . ^{[ 5 ]} نُوقشت طبيعة القوانين العلمية كثيرًا في الفلسفة ، لكن القوانين العلمية هي استنتاجات تجريبية توصل إليها المنهج العلمي؛ وهي لا تهدف إلى أن تكون مُحمّلة بالتزامات وجودية أو عبارات منطقية مُطلقة .

وقد حاولت العلوم الاجتماعية مثل الاقتصاد أيضاً صياغة قوانين علمية، على الرغم من أن هذه القوانين تتمتع عموماً بقدرة تنبؤية أقل بكثير.

ملخص

ينطبق القانون العلمي دائمًا على نظام فيزيائي في ظل ظروف متكررة، وهو يعني ضمنًا وجود علاقة سببية بين عناصر النظام. أما العبارات الواقعية والمؤكدة جيدًا، مثل "الزئبق سائل عند درجة الحرارة والضغط القياسيين"، فتُعتبر شديدة التحديد بحيث لا تصلح كقوانين علمية. وتتمثل إحدى المشكلات المحورية في فلسفة العلم ، والتي تعود إلى ديفيد هيوم ، في التمييز بين العلاقات السببية (كتلك التي تنطوي عليها القوانين) والمبادئ الناشئة عن الاقتران المستمر . ^{[ 6 ]}

تختلف القوانين عن النظريات العلمية في أنها لا تفترض آلية أو تفسيرًا للظواهر، بل هي مجرد خلاصة لنتائج الملاحظة المتكررة. ولذلك، يقتصر تطبيق القانون على الظروف المشابهة لتلك التي تمت ملاحظتها بالفعل، وقد يتبين خطأ القانون عند تعميمه. فقانون أوم لا ينطبق إلا على الشبكات الخطية، وقانون نيوتن للجاذبية الكونية لا ينطبق إلا في مجالات الجاذبية الضعيفة، وقوانين الديناميكا الهوائية المبكرة ، مثل مبدأ برنولي ، لا تنطبق في حالة التدفق القابل للانضغاط كما هو الحال في الطيران فوق الصوتي وفوق الصوتي ، وقانون هوك لا ينطبق إلا على الإجهاد دون حد المرونة ، وقانون بويل لا ينطبق بدقة تامة إلا على الغاز المثالي، وهكذا. تبقى هذه القوانين مفيدة، ولكن فقط في ظل الشروط المحددة التي تنطبق عليها.

تتخذ العديد من القوانين أشكالًا رياضية ، وبالتالي يمكن صياغتها في صورة معادلة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن كتابة قانون حفظ الطاقة على النحو التالي : ΔE = 0 ، حيث E هي إجمالي كمية الطاقة في الكون. وبالمثل، يمكن كتابة القانون الأول للديناميكا الحرارية على النحو التالي: dU = δQ − δW ، ويمكن كتابة قانون نيوتن الثاني على النحو التالي : F = dp / dt . وبينما تفسر هذه القوانين العلمية ما تدركه حواسنا، إلا أنها تبقى تجريبية (مكتسبة من خلال الملاحظة أو التجربة العلمية) ، وبالتالي فهي لا تُشبه النظريات الرياضية التي يمكن إثباتها رياضيًا بحتًا.

كما هو الحال مع النظريات والفرضيات، تُقدّم القوانين تنبؤات؛ وتحديداً، تتنبأ بأن الملاحظات الجديدة ستتوافق مع القانون المُعطى. ويمكن دحض القوانين إذا وُجد أنها تتعارض مع بيانات جديدة.

بعض القوانين ليست سوى تقريبات لقوانين أخرى أكثر عمومية، وهي تقريبات جيدة ذات نطاق تطبيق محدود. على سبيل المثال، تُعدّ ديناميكا نيوتن (المبنية على تحويلات غاليليو) الحد الأدنى للسرعة في النسبية الخاصة (لأن تحويل غاليليو هو تقريب السرعة المنخفضة لتحويل لورنتز). وبالمثل، يُعدّ قانون جاذبية نيوتن تقريبًا منخفض الكتلة للنسبية العامة، وقانون كولوم تقريبًا للديناميكا الكهربائية الكمومية عند المسافات الكبيرة (مقارنةً بنطاق التفاعلات الضعيفة). في مثل هذه الحالات، يشيع استخدام النسخ التقريبية الأبسط من القوانين، بدلًا من القوانين العامة الأكثر دقة.

تُختبر القوانين باستمرار تجريبيًا بدرجات متفاوتة من الدقة، وهو أحد الأهداف الرئيسية للعلم. وعدم رصد أي انتهاك للقوانين لا يمنع اختبارها بدقة أكبر أو في ظروف جديدة للتأكد من استمرار صلاحيتها أو خرقها، وما يمكن اكتشافه خلال هذه العملية. من الممكن دائمًا دحض القوانين أو إثبات وجود قيود عليها، من خلال أدلة تجريبية قابلة للتكرار، في حال رصد أي منها. وقد تم بالفعل دحض قوانين راسخة في بعض الحالات الخاصة، لكن الصيغ الجديدة التي وُضعت لتفسير هذه التناقضات تُعمم على القوانين الأصلية، لا أن تُلغيها. أي أن القوانين التي تم دحضها وُجد أنها مجرد تقريبات دقيقة، يجب إضافة بنود أو عوامل أخرى إليها لتغطية الظروف التي لم تُؤخذ في الحسبان سابقًا، مثل المقاييس الزمنية أو المكانية الكبيرة جدًا أو الصغيرة جدًا، أو السرعات أو الكتل الهائلة، وما إلى ذلك. وبدلًا من اعتبارها معرفة ثابتة، يُفضل النظر إلى القوانين الفيزيائية على أنها سلسلة من التعميمات المُحسّنة والأكثر دقة.

ملكيات

تُعدّ القوانين العلمية عادةً استنتاجات مبنية على تجارب وملاحظات علمية متكررة على مدى سنوات عديدة ، وقد حظيت بقبول عالمي في الأوساط العلمية . يُعرَّف القانون العلمي بأنه " استنتاج من وقائع محددة، ينطبق على مجموعة أو فئة معينة من الظواهر ، ويمكن التعبير عنه بالقول إن ظاهرة معينة تحدث دائمًا في حال توفر شروط معينة". ^{[ 7 ]} ويُعدّ تقديم وصف موجز لبيئتنا في صورة هذه القوانين هدفًا أساسيًا للعلم .

تم تحديد العديد من الخصائص العامة للقوانين العلمية، وخاصة عند الإشارة إلى قوانين الفيزياء . والقوانين العلمية هي:

صحيح، على الأقل ضمن نطاق صلاحيتها. بحكم التعريف، لم تكن هناك قط ملاحظات متناقضة قابلة للتكرار.
عالمية. يبدو أنها تنطبق في كل مكان في الكون. ^{[ 8 ]}^{: 82}
بسيطة. عادةً ما يتم التعبير عنها بمعادلة رياضية واحدة.
مطلق. لا يبدو أن شيئًا في الكون يؤثر عليهم. ^{[ 8 ]}^{: 82}
مستقرة. لم تتغير منذ اكتشافها لأول مرة (على الرغم من أنه قد ثبت أنها تقريبات لقوانين أكثر دقة)،
شاملة لكل شيء. يبدو أن كل شيء في الكون يجب أن يمتثل لها (وفقًا للملاحظات).
عموماً، يميل إلى التحفظ في الكمية. ^{[ 9 ]}^{: 59}
غالباً ما تكون تعبيرات عن التجانسات ( التناظرات ) الموجودة في المكان والزمان. ^{[ 9 ]}
عادة ما تكون قابلة للانعكاس نظريًا في الزمن (إذا لم تكن كمومية )، على الرغم من أن الزمن نفسه غير قابل للانعكاس . ^{[ 9 ]}
واسع. في الفيزياء، تشير القوانين حصراً إلى المجال الواسع للمادة والحركة والطاقة والقوة نفسها، بدلاً من الأنظمة الأكثر تحديداً في الكون، مثل الأنظمة الحية ، على سبيل المثال ميكانيكا جسم الإنسان . ^{[ 10 ]}

يرتبط مصطلح "القانون العلمي" تقليديًا بالعلوم الطبيعية ، مع أن العلوم الاجتماعية تتضمن قوانين أيضًا. ^{[ 11 ]} فعلى سبيل المثال، يُعد قانون زيبف قانونًا في العلوم الاجتماعية قائمًا على الإحصاء الرياضي . وفي هذه الحالات، قد تصف القوانين اتجاهات عامة أو سلوكيات متوقعة بدلًا من كونها مطلقة.

في العلوم الطبيعية، باتت ادعاءات الاستحالة مقبولة على نطاق واسع باعتبارها محتملة للغاية، بدلاً من اعتبارها مثبتة لدرجة يصعب معها دحضها. ويستند هذا القبول القوي إلى مزيج من أدلة واسعة النطاق على عدم حدوث أمر ما، بالإضافة إلى نظرية أساسية ناجحة للغاية في التنبؤ، تقود افتراضاتها منطقياً إلى استنتاج استحالة حدوث أمر ما. ورغم أنه لا يمكن إثبات استحالة أمر ما في العلوم الطبيعية بشكل قاطع، إلا أنه يمكن دحضه بملاحظة مثال مضاد واحد . ويتطلب هذا المثال المضاد إعادة النظر في الافتراضات التي تقوم عليها النظرية التي أشارت إلى الاستحالة.

بعض الأمثلة على المستحيلات المقبولة على نطاق واسع في الفيزياء هي آلات الحركة الدائمة ، التي تنتهك قانون حفظ الطاقة ، وتجاوز سرعة الضوء ، الذي ينتهك دلالات النسبية الخاصة ، ومبدأ عدم اليقين في ميكانيكا الكم ، الذي يؤكد استحالة معرفة كل من موضع وزخم الجسيم في وقت واحد، ونظرية بيل : لا يمكن لأي نظرية فيزيائية للمتغيرات الخفية المحلية أن تعيد إنتاج جميع تنبؤات ميكانيكا الكم.

القوانين كنتائج للتناظرات الرياضية

تعكس بعض القوانين تناظرات رياضية موجودة في الطبيعة (مثل مبدأ استبعاد باولي الذي يعكس هوية الإلكترونات، وقوانين الحفظ التي تعكس تجانس المكان والزمان ، وتحويلات لورنتز التي تعكس التناظر الدوراني للزمكان ). العديد من القوانين الفيزيائية الأساسية هي نتائج رياضية لتناظرات مختلفة في المكان والزمان، أو جوانب أخرى من الطبيعة. على وجه التحديد، تربط نظرية نوثر بعض قوانين الحفظ بتناظرات معينة. على سبيل المثال، يُعد حفظ الطاقة نتيجة لتناظر إزاحة الزمن (لا يوجد لحظة زمنية مختلفة عن أي لحظة أخرى)، بينما يُعد حفظ الزخم نتيجة لتناظر (تجانس) المكان (لا يوجد مكان في المكان مميز أو مختلف عن أي مكان آخر). ينتج عن عدم إمكانية التمييز بين جميع الجسيمات من كل نوع أساسي (مثل الإلكترونات أو الفوتونات) إحصاءات ديراك وبوز الكمومية ، والتي بدورها تؤدي إلى مبدأ استبعاد باولي للفيرميونات وتكثيف بوز-أينشتاين للبوزونات . تستخدم النسبية الخاصة مفهوم السرعة للتعبير عن الحركة وفقًا لتناظرات الدوران الزائدي ، وهو تحويل يمزج بين المكان والزمان. أما التناظر بين الكتلة العطالية والكتلة الجاذبية فيؤدي إلى النسبية العامة .

إن قانون التربيع العكسي للتفاعلات التي تتوسطها البوزونات عديمة الكتلة هو النتيجة الرياضية لثلاثية أبعاد الفضاء .

تتمثل إحدى الاستراتيجيات في البحث عن القوانين الأساسية للطبيعة في البحث عن مجموعة التناظر الرياضي الأكثر عمومية التي يمكن تطبيقها على التفاعلات الأساسية.

قوانين الفيزياء

قوانين الحفاظ على البيئة

الحفظ والتناظر

قوانين الحفظ هي قوانين أساسية تنبع من تجانس المكان والزمان والطور ، أو بعبارة أخرى التناظر .

نظرية نوثر : أي كمية ذات تناظر قابل للتفاضل بشكل مستمر في الفعل لها قانون حفظ مرتبط بها.
كان قانون حفظ الكتلة أول قانون تم فهمه، إذ أن معظم العمليات الفيزيائية العيانية التي تتضمن كتلًا، مثل تصادم الجسيمات الضخمة أو تدفق السوائل، توحي ظاهريًا بأن الكتلة محفوظة. وقد لوحظ أن حفظ الكتلة ينطبق على جميع التفاعلات الكيميائية. عمومًا، هذا القانون تقريبي فقط، لأنه مع ظهور النسبية والتجارب في الفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات، يمكن تحويل الكتلة إلى طاقة والعكس، لذا فإن الكتلة ليست محفوظة دائمًا، بل هي جزء من قانون حفظ الكتلة والطاقة الأكثر عمومية .
يمكن إيجاد أن حفظ الطاقة والزخم والزخم الزاويللأنظمة المعزولة هو تناظر في الزمن والانتقال والدوران.
وقد تم تحقيق مبدأ حفظ الشحنة أيضًا، حيث لم يسبق أن لوحظ أن الشحنة تُخلق أو تُفنى، وإنما وُجد أنها تنتقل من مكان إلى آخر.

الاستمرارية والنقل

يمكن التعبير عن قوانين الحفظ باستخدام معادلة الاستمرارية العامة (للكمية المحفوظة) ويمكن كتابتها في شكل تفاضلي كما يلي:

{\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {J}

حيث ρ كمية ما لكل وحدة حجم، و J تدفق تلك الكمية (التغير في الكمية لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة). وبشكل بديهي، يُعد تباعد حقل متجه (يرمز له بـ ∇⋅) مقياسًا للتدفق المتباعد شعاعيًا للخارج من نقطة ما، لذا فإن القيمة السالبة تمثل الكمية المتراكمة عند تلك النقطة؛ وبالتالي، فإن معدل تغير الكثافة في منطقة من الفضاء يجب أن يكون مقدار التدفق الخارج أو المتجمع في تلك المنطقة (انظر المقال الرئيسي لمزيد من التفاصيل). في الجدول أدناه، جُمعت تدفقات كميات فيزيائية مختلفة في النقل، ومعادلات الاستمرارية المرتبطة بها، للمقارنة.

الفيزياء، الكمية المحفوظة	الكمية المحفوظة q	الكثافة الحجمية ρ (لـ q )	التدفق J (لـ q )	معادلة
الديناميكا المائية ، الموائع	م = الكتلة (كجم)	ρ = كثافة الكتلة الحجمية (كجم/ ^م³ )	ρ u ، حيث u = مجال سرعة السائل (م⋅ث ⁻¹ )	${\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot (\rho \mathbf {u} )$
الكهرومغناطيسية ، الشحنة الكهربائية	q = الشحنة الكهربائية (كولوم)	ρ = كثافة الشحنة الكهربائية الحجمية (C⋅m ⁻³ )	J = كثافة التيار الكهربائي (A⋅m ⁻² )	${\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {J}$
الديناميكا الحرارية ، الطاقة	E = الطاقة (جول)	u = كثافة الطاقة الحجمية (جول/ ^م³ )	q = التدفق الحراري (واط/ ^م² )	${\frac {\partial u}{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {q}$
ميكانيكا الكم ، الاحتمالات	Ψ \| ² d ³r = توزيع الاحتمال	Ψ \| ² = دالة كثافة الاحتمال (m ⁻³ )، Ψ = دالة الموجة للنظام الكمومي	j = احتمال التيار / التدفق	${\frac {\partial \|\Psi \|^{2}}{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {j}$

المعادلات الأكثر عمومية هي معادلة الحمل الحراري والانتشار ومعادلة بولتزمان للنقل ، والتي لها جذورها في معادلة الاستمرارية.

قوانين الميكانيكا الكلاسيكية

مبدأ أقل فعل

يمكن اشتقاق الميكانيكا الكلاسيكية، بما في ذلك قوانين نيوتن ، ومعادلات لاغرانج ، ومعادلات هاميلتون ، وما إلى ذلك، من المبدأ التالي:

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

أين ${\mathcal {S}}$ هو الفعل ؛ تكامل لاغرانجيان

L(\mathbf {q} ,\mathbf {\dot {q}} ,t)=T(\mathbf {\dot {q}} ,t)-V(\mathbf {q} ,\mathbf {\dot {q}} ,t)

للنظام الفيزيائي بين لحظتين زمنيتين t1 و t2 _.الطاقة _{الحركية} للنظام هي T (دالة لمعدل تغير شكل النظام )، والطاقة الكامنة هي V (دالة للشكل ومعدل تغيره). يُحدد شكل نظام ذي N درجة حرية بالإحداثيات المعممة q = ( q1 , q2 _, ... _,qN ₎ .

توجد زخمات معممة مترافقة مع هذه الإحداثيات، p = ( p ₁ , p ₂ , ..., p _N ), حيث:

p_{i}={\frac {\partial L}{\partial {\dot {q}}_{i}}}

يحتوي كل من الفعل واللاغرانجيان على ديناميكيات النظام لجميع الأوقات. يشير مصطلح "المسار" ببساطة إلى منحنى يرسمه النظام بدلالة الإحداثيات المعممة في فضاء التكوين ، أي المنحنى q ( t )، المحدد بالزمن (انظر أيضًا المعادلة البارامترية ).

الفعل هو دالة وظيفية وليس دالة عادية ، لأنه يعتمد على لاغرانجيان، ولاغرانجيان يعتمد على المسار q ( t )، لذا فإن الفعل يعتمد على "شكل" المسار بأكمله لجميع الأزمنة (في الفترة الزمنية من t1 إلى _{t2 ). بين لحظتين زمنيتين، يوجد عدد لا نهائي من المسارات، ولكن}_المسار الذي يكون فيه الفعل ثابتًا (من الدرجة الأولى) هو المسار الحقيقي. المطلوب هو القيمة الثابتة لمجموعة قيم لاغرانجيان المتصلة التي تُقابل مسارًا ما، وليس قيمة واحدة فقط من لاغرانجيان (بمعنى آخر، الأمر ليس بهذه البساطة، أي "اشتقاق دالة ومساواتها بالصفر، ثم حل المعادلات لإيجاد نقاط القيم العظمى والصغرى، إلخ."، بل تُطبق هذه الفكرة على "شكل" الدالة بأكمله، انظر حساب التفاضل والتكامل لمزيد من التفاصيل حول هذه العملية). ^[¹²^]

لاحظ أن L لا تمثل الطاقة الكلية E للنظام بسبب الفرق، وليس المجموع:

E=T+V

تُلخّص فيما يلي ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} المناهج العامة التالية للميكانيكا الكلاسيكية، مرتبةً حسب تاريخ نشأتها. وهي صيغ متكافئة. تُستخدم معادلة نيوتن عادةً لبساطتها، لكن معادلات هاميلتون ولاغرانج أكثر عمومية، ويمكن توسيع نطاقها ليشمل فروعًا أخرى من الفيزياء بإجراء تعديلات مناسبة.

قوانين الحركة
مبدأ أقل فعل : ${\mathcal {S}}=\int _{t_{1}}^{t_{2}}L\,\mathrm {d} t\,\!$
معادلات أويلر -لاغرانج هي: ${\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}\left({\frac {\partial L}{\partial {\dot {q}}_{i}}}\right)={\frac {\partial L}{\partial q_{i}}}$ باستخدام تعريف الزخم المعمم، يوجد التناظر التالي: $p_{i}={\frac {\partial L}{\partial {\dot {q}}_{i}}}\quad {\dot {p}}_{i}={\frac {\partial L}{\partial {q}_{i}}}$	معادلات هاميلتون ${\dfrac {\partial \mathbf {p} } {\partial t}}=- {\dfrac {\partial H} {\partial \mathbf {q} }}$ ${\dfrac {\partial \mathbf {q} }{\partial t}}={\dfrac {\partial H}{\partial \mathbf {p} }}$ تأخذ دالة الهاميلتوني، كدالة للإحداثيات المعممة والزخم، الشكل العام التالي: $H(\mathbf {q} ,\mathbf {p} ,t)=\mathbf {p} \cdot \mathbf {\dot {q}} -L$
	معادلة هاميلتون-جاكوبي $H\left(\mathbf {q} ,{\frac {\partial S}{\partial \mathbf {q} }},t\right)=-{\frac {\partial S}{\partial t}}$
قوانين نيوتن قوانين نيوتن للحركة هي حلول الحد الأدنى للنسبية . أما الصيغ البديلة للميكانيكا النيوتونية فهي الميكانيكا اللاغرانجية والميكانيكا الهاميلتونية . يمكن تلخيص القوانين بمعادلتين (لأن الأولى هي حالة خاصة من الثانية، أي تسارع محصل يساوي صفرًا): $\mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {p} }{\mathrm {d} t}},\quad \mathbf {F} _{ij}=-\mathbf {F} _{ji}$ حيث p = زخم الجسم، F _ij = القوة المؤثرة على الجسم i من الجسم j ، F _ji = القوة المؤثرة على الجسم j من الجسم i . بالنسبة للنظام الديناميكي، تندمج المعادلتان (فعليًا) في معادلة واحدة: ${\frac {\mathrm {d} \mathbf {p} _{\mathrm {i} }}{\mathrm {d} t}}=\mathbf {F} _{\text{E}}+\sum _{i\neq j}\mathbf {F} _{ij}$ حيث F _E = القوة الخارجية المحصلة (الناتجة عن أي عامل ليس جزءًا من النظام). الجسم i لا يؤثر بقوة على نفسه.

انطلاقاً مما سبق، يمكن اشتقاق أي معادلة حركة في الميكانيكا الكلاسيكية.

النتائج المترتبة في الميكانيكا :

النتائج المترتبة في ميكانيكا الموائع :

يمكن اشتقاق المعادلات التي تصف تدفق السوائل في مختلف الحالات، باستخدام معادلات الحركة الكلاسيكية المذكورة أعلاه، وغالبًا باستخدام معادلات حفظ الكتلة والطاقة والزخم. فيما يلي بعض الأمثلة البسيطة.

قوانين الجاذبية والنسبية

توجد بعض القوانين الأكثر شهرة للطبيعة في نظريات إسحاق نيوتن للميكانيكا الكلاسيكية (الآن) ، والتي عُرضت في كتابه Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ، وفي نظرية النسبية لألبرت أينشتاين .

القوانين الحديثة

النسبية الخاصة :

إن مسلمات النسبية الخاصة ليست "قوانين" في حد ذاتها، بل هي افتراضات عن طبيعتها من حيث الحركة النسبية .

ويمكن صياغتها على النحو التالي: "قوانين الفيزياء هي نفسها في جميع الأطر المرجعية العطالية " و " سرعة الضوء ثابتة ولها نفس القيمة في جميع الأطر المرجعية العطالية".

تؤدي هذه المسلمات إلى تحويلات لورنتز - قانون التحويل بين إطارين مرجعيين يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض. لأي متجه رباعي الأبعاد

A'=\Lambda A

يحل هذا محل قانون تحويلات غاليليو من الميكانيكا الكلاسيكية. وتتحول تحويلات لورنتز إلى تحويلات غاليليو عند السرعات المنخفضة التي تقل بكثير عن سرعة الضوء (c) .

مقادير المتجهات الرباعية هي ثوابت - ليست "محفوظة"، ولكنها متماثلة لجميع الأطر المرجعية العطالية (أي أن كل مراقب في إطار مرجعي عطالي سيتفق على نفس القيمة)، على وجه الخصوص إذا كان A هو الزخم الرباعي ، فيمكن اشتقاق المعادلة الثابتة الشهيرة لحفظ الكتلة والطاقة والزخم من المقدار (انظر الكتلة الثابتة ):

E^{2}=(pc)^{2}+(mc^{2})^{2}

حيث أن معادلة تكافؤ الكتلة والطاقة (الأكثر شهرة) E = mc ² هي حالة خاصة.

النسبية العامة :

تخضع النسبية العامة لمعادلات أينشتاين للمجال ، التي تصف انحناء الزمكان الناتج عن طاقة الكتلة المكافئة لحقل الجاذبية. وبحل معادلة هندسة الفضاء المنحني بسبب توزيع الكتلة، نحصل على موتر القياس . وباستخدام معادلة الجيوديسية، يمكن حساب حركة الكتل الساقطة على طول هذه الخطوط.

الجاذبية الكهرومغناطيسية :

في فضاء-زمن مسطح نسبيًا نتيجةً لضعف مجالات الجاذبية، يمكن إيجاد نظائر جاذبية لمعادلات ماكسويل؛ معادلات GEM ، لوصف مجال جاذبية مغناطيسي مماثل . هذه المعادلات راسخة نظريًا، وتُشكّل الاختبارات التجريبية جزءًا من بحث مستمر. ^{[ 15 ]}

معادلات أينشتاين للمجال (EFE) : $R_{\mu \nu }+\left(\Lambda -{\frac {R}{2}}\right)g_{\mu \nu }={\frac {8\pi G}{c^{4}}}T_{\mu \nu }\,\!$ حيث Λ = الثابت الكوني ، R _μν = موتر انحناء ريتشي ، T _μν = موتر الإجهاد والطاقة ، g _μν = موتر القياس	معادلة الخط الجيوديسي : ${\frac {{\rm {d}}^{2}x^{\lambda }}{{\rm {d}}t^{2}}}+\Gamma _{\mu \nu }^{\lambda }{\frac {{\rm {d}}x^{\mu }}{{\rm {d}}t}}{\frac {{\rm {d}}x^{\nu }}{{\rm {d}}t}}=0\ ,$ حيث Γ هو رمز كريستوفيل من النوع الثاني ، والذي يحتوي على المقياس.
معادلات الأحجار الكريمة إذا كان g هو مجال الجاذبية و H هو المجال المغناطيسي الجاذبي، فإن الحلول في هذه الحدود هي: $\nabla \cdot \mathbf {g} =-4\pi G\rho \,\!$ $\nabla \cdot \mathbf {H} =\mathbf {0} \,\!$ $\nabla \times \mathbf {g} =-{\frac {\partial \mathbf {H} }{\partial t}}\,\!$ $\nabla \times \mathbf {H} ={\frac {4}{c^{2}}}\left(-4\pi G\mathbf {J} +{\frac {\partial \mathbf {g} }{\partial t}}\right)\,\!$ حيث ρ هي كثافة الكتلة و J هي كثافة تيار الكتلة أو تدفق الكتلة .
بالإضافة إلى ذلك، هناك قوة لورنتز المغناطيسية الجاذبية : $\mathbf {F} =\gamma (\mathbf {v} )m\left(\mathbf {g} +\mathbf {v} \times \mathbf {H} \right)$ حيث m هي كتلة السكون للجسيم و γ هو عامل لورنتز .

القوانين الكلاسيكية

قوانين كبلر، على الرغم من اكتشافها في الأصل من خلال الملاحظات الكوكبية (وأيضًا بفضل تيكو براهي )، إلا أنها صحيحة لأي قوى مركزية . ^{[ 16 ]}

قانون نيوتن للجاذبية الكونية : بالنسبة لكتلتين نقطيتين: $\mathbf {F} ={\frac {Gm_{1}m_{2}}{\left\|\mathbf {r} \right\|^{2}}}\mathbf {\hat {r}} \,\!$ بالنسبة لتوزيع كتلة غير منتظم لكثافة الكتلة المحلية ρ ( r ) لجسم حجمه V ، يصبح هذا: $\mathbf {g} =G\int _{V}{\frac {\mathbf {r} \rho \,\mathrm {d} {V}}{\left\|\mathbf {r} \right\|^{3}}}\,\!$	قانون جاوس للجاذبية : الصيغة المكافئة لقانون نيوتن هي: $\nabla \cdot \mathbf {g} =4\pi G\rho \,\!$
قانون كبلر الأول : تتحرك الكواكب في مدار إهليلجي، ويكون النجم في إحدى بؤرتيه. $r={\frac {\ell }{1+e\cos \theta }}\,\!$ أين $e={\sqrt {1-(b/a)^{2}}}$ يمثل α انحراف المدار الإهليلجي، بنصف المحور الأكبر a ونصف المحور الأصغر b ، وℓ نصف الوتر البؤري. هذه المعادلة بحد ذاتها ليست ذات أهمية فيزيائية جوهرية؛ إنها ببساطة المعادلة القطبية لقطع ناقص يقع قطبه (أصل نظام الإحداثيات القطبية) عند إحدى بؤرتي القطع الناقص، حيث يقع النجم الذي يدور حوله النجم.
قانون كبلر الثاني : يتم مسح مساحات متساوية في أوقات متساوية (المساحة المحصورة بين مسافتين شعاعيتين ومحيط المدار): ${\frac {\mathrm {d} A}{\mathrm {d} t}}={\frac {\left\|\mathbf {L} \right\|}{2m}}\,\!$ حيث L هو الزخم الزاوي المداري للجسيم (أي الكوكب) ذي الكتلة m حول بؤرة المدار،
قانون كبلر الثالث : مربع الفترة الزمنية المدارية T يتناسب طردياً مع مكعب نصف المحور الأكبر a : $T^{2}={\frac {4\pi ^{2}}{G\left(m+M\right)}}a^{3}\,\!$ حيث M هي كتلة الجسم المركزي (أي النجم).

الديناميكا الحرارية

قوانين الديناميكا الحرارية
القانون الأول للديناميكا الحرارية : يُعزىالتغير في الطاقة الداخلية d U في نظام مغلق بالكامل إلى الحرارة δ Q التي يمتصها النظام والشغل δ W الذي يبذله النظام: $\mathrm {d} U=\delta Q-\delta W\,$ القانون الثاني للديناميكا الحرارية : هناك العديد من الصيغ لهذا القانون، ولعل أبسطها هو "إنتروبيا الأنظمة المعزولة لا تتناقص أبدًا". $\Delta S\geq 0$ بمعنى أن التغيرات القابلة للانعكاس يكون لها تغير في الإنتروبيا يساوي صفرًا، والعمليات غير القابلة للانعكاس تكون موجبة، والعمليات المستحيلة تكون سالبة.	القانون الصفري للديناميكا الحرارية : إذا كان نظامان في حالة توازن حراري مع نظام ثالث، فإنهما يكونان في حالة توازن حراري مع بعضهما البعض. $T_{A}=T_{B}\,,T_{B}=T_{C}\Rightarrow T_{A}=T_{C}\,\!$ القانون الثالث للديناميكا الحرارية : عندما تقترب درجة حرارة النظام T من الصفر المطلق، تقترب الإنتروبيا S من قيمة دنيا C : عندما T → 0، S → C.
بالنسبة للأنظمة المتجانسة، يمكن دمج القانون الأول والثاني في العلاقة الديناميكية الحرارية الأساسية التالية : $\mathrm {d} U=T\,\mathrm {d} S-P\,\mathrm {d} V+\sum _{i}\mu _{i}\,\mathrm {d} N_{i}\,\!$
علاقات أونساغر التبادلية : تُسمى أحيانًا القانون الرابع للديناميكا الحرارية $\mathbf {J} _{\text{u}}=L_{\text{uu}}\,\nabla (1/T)-L_{\text{ur}}\,\nabla (m/T);$ $\mathbf {J} _{\text{r}}=L_{\text{ru}}\,\nabla (1/T)-L_{\text{rr}}\,\nabla (m/T).$

قانون نيوتن للتبريد
قانون فورييه
قانون الغاز المثالي ، يجمع بين عدد من قوانين الغاز التي تم تطويرها بشكل منفصل؛
- قانون بويل
- قانون تشارلز
- قانون غاي-لوساك
- قانون أفوجادرو ، في واحد

وقد تم تحسينها الآن بواسطة معادلات حالة أخرى

الكهرومغناطيسية

تُعطي معادلات ماكسويل التطور الزمني للمجالين الكهربائي والمغناطيسي الناتجين عن توزيعات الشحنة الكهربائية والتيار . وبمعرفة هذه المجالات، فإن قانون قوة لورنتز هو معادلة حركة الشحنات في هذه المجالات.

معادلات ماكسويل قانون جاوس للكهرباء $\nabla \cdot \mathbf {E} ={\frac {\rho }{\varepsilon _{0}}}$ قانون جاوس للمغناطيسية $\nabla \cdot \mathbf {B} =0$ قانون فاراداي $\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$ قانون أمبير الدائري (مع تصحيح ماكسويل) $\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {J} +{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\$	قانون لورنتز للقوة : $\mathbf {F} =q\left(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} \right)$
الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED) : معادلات ماكسويل صحيحة عمومًا ومتوافقة مع النسبية، لكنها لا تتنبأ ببعض الظواهر الكمومية المرصودة (مثل انتشار الضوء كموجات كهرومغناطيسية بدلًا من الفوتونات ، انظر معادلات ماكسويل لمزيد من التفاصيل). وقد تم تعديلها في نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية.

يمكن تعديل هذه المعادلات لتشمل الأقطاب المغناطيسية الأحادية ، وهي تتوافق مع ملاحظاتنا حول وجود الأقطاب المغناطيسية الأحادية أو عدم وجودها؛ فإذا لم تكن موجودة، تختزل المعادلات العامة إلى المعادلات المذكورة أعلاه، أما إذا كانت موجودة، فتصبح المعادلات متناظرة تمامًا بالنسبة للشحنات والتيارات الكهربائية والمغناطيسية. في الواقع، يوجد تحويل ثنائي حيث يمكن "تدوير" الشحنات الكهربائية والمغناطيسية لتتماشى مع بعضها البعض، ومع ذلك تظل معادلات ماكسويل سارية.

قوانين ما قبل ماكسويل :

تم اكتشاف هذه القوانين قبل صياغة معادلات ماكسويل. وهي ليست قوانين أساسية، إذ يمكن اشتقاقها من معادلات ماكسويل. فقانون كولوم يُشتق من قانون جاوس (في صيغته الكهروستاتيكية)، وقانون بيو-سافار يُشتق من قانون أمبير (في صيغته المغناطيسية الساكنة). كما يمكن دمج قانوني لينز وفاراداي في معادلة ماكسويل-فاراداي. ومع ذلك، تظل هذه القوانين فعّالة للغاية في الحسابات البسيطة.

قوانين أخرى :

الفوتونيات

تقليدياً، يعتمد علم البصريات على مبدأ التباين : ينتقل الضوء من نقطة في الفضاء إلى أخرى في أقصر وقت.

مبدأ فيرما

في علم البصريات الهندسية، تستند القوانين إلى تقريبات في الهندسة الإقليدية (مثل التقريب المحوري ).

في مجال البصريات الفيزيائية ، تستند القوانين إلى الخصائص الفيزيائية للمواد.

في الواقع، الخصائص البصرية للمادة أكثر تعقيداً بكثير وتتطلب ميكانيكا الكم.

قوانين ميكانيكا الكم

تستند ميكانيكا الكم إلى مسلمات . ويؤدي هذا إلى نتائج لا تُسمى عادةً "قوانين"، ولكنها تحمل نفس المكانة، إذ أن جميع جوانب ميكانيكا الكم تنبثق منها. ويمكن تلخيص هذه المسلمات على النحو التالي:

يتم وصف حالة النظام الفيزيائي، سواء كان جسيمًا أو نظامًا من جسيمات عديدة، بواسطة دالة موجية .
يتم وصف كل كمية فيزيائية بواسطة عامل يعمل على النظام؛ الكمية المقاسة لها طبيعة احتمالية .
تخضع الدالة الموجية لمعادلة شرودنغر . ويتنبأ حل هذه المعادلة الموجية بالتطور الزمني لسلوك النظام، على غرار حل قوانين نيوتن في الميكانيكا الكلاسيكية.
لا يمكن التمييز بين جسيمين متطابقين، مثل إلكترونين، بأي وسيلة. تُصنف الأنظمة الفيزيائية وفقًا لخصائص التناظر الخاصة بها .

وتؤدي هذه المسلمات بدورها إلى العديد من الظواهر الأخرى، على سبيل المثال، مبادئ عدم اليقين ومبدأ استبعاد باولي .

ميكانيكا الكم ، نظرية المجال الكمي معادلة شرودنغر (الصيغة العامة) : تصف التغير الزمني لنظام ميكانيكي كمي. $i\hbar {\frac {d}{dt}}\left\|\psi \right\rangle ={\hat {H}}\left\|\psi \right\rangle$ الهاميلتوني (في ميكانيكا الكم) H هو مؤثر ذاتي الترافق يعمل على فضاء الحالة ، $\|\psi \rangle$ (انظر تدوين ديراك ) هو متجه الحالة الكمومية اللحظية عند الزمن t ، والموضع r ، و i هو العدد التخيلي الواحد ، و ħ = h /2π هو ثابت بلانك المختزل .	ازدواجية الموجة والجسيم قانون بلانك-أينشتاين : طاقة الفوتونات تتناسب مع ترددالضوء ( الثابت هو ثابت بلانك ، h ). $E=h\nu =\hbar \omega$ طول موجة دي برولي : وضع هذا أسس ازدواجية الموجة والجسيم، وكان المفهوم الأساسي في معادلة شرودنغر . $\mathbf {p} ={\frac {h}{\lambda }}\mathbf {\hat {k}} =\hbar \mathbf {k}$ مبدأ هايزنبرغ للشك : إن عدم اليقين في الموضع مضروبًا في عدم اليقين في الزخم يساوي على الأقل نصف ثابت بلانك المختزل ، وبالمثل بالنسبة للوقت والطاقة ؛ $\Delta x\,\Delta p\geq {\frac {\hbar }{2}},\,\Delta E\,\Delta t\geq {\frac {\hbar }{2}}$ يمكن تعميم مبدأ عدم اليقين على أي زوج من المتغيرات القابلة للملاحظة - انظر المقال الرئيسي.
ميكانيكا الموجات معادلة شرودنغر (الصيغة الأصلية) : $i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}\psi =-{\frac {\hbar ^{2}}{2m}}\nabla ^{2}\psi +V\psi$
مبدأ استبعاد باولي : لا يمكن لجسيمين متطابقين من نوع فرميون أن يشغلا نفس الحالة الكمومية (بينما يمكن للبوزونات ذلك). رياضياً، إذا تم تبديل جسيمين، فإن الدوال الموجية الفرميونية تكون مضادة للتناظر، بينما تكون الدوال الموجية البوزونية متناظرة. $\psi (\cdots \mathbf {r} _{i}\cdots \mathbf {r} _{j}\cdots )=(-1)^{2s}\psi (\cdots \mathbf {r} _{j}\cdots \mathbf {r} _{i}\cdots )$ حيث يمثل rᵢ موضع الجسيم i ، و _s دوران الجسيم . لا توجد طريقة لتتبع الجسيمات فيزيائيًا، وتُستخدم التسميات رياضيًا فقط لتجنب الالتباس .

قوانين الإشعاع

بتطبيق الكهرومغناطيسية والديناميكا الحرارية وميكانيكا الكم على الذرات والجزيئات، فإن بعض قوانين الإشعاع الكهرومغناطيسي والضوء هي كما يلي.

قوانين الكيمياء

القوانين الكيميائية هي تلك القوانين الطبيعية ذات الصلة بالكيمياء . تاريخياً، أدت الملاحظات إلى العديد من القوانين التجريبية، على الرغم من أنه من المعروف الآن أن الكيمياء لها أسسها في ميكانيكا الكم .

التحليل الكمي :

يُعدّ قانون حفظ الكتلة المفهوم الأساسي في الكيمياء ، إذ ينصّ على عدم وجود تغيير ملحوظ في كمية المادة خلال التفاعل الكيميائي العادي . لكن الفيزياء الحديثة تُظهر أن الطاقة هي التي تُحفظ، وأن الطاقة والكتلة مرتبطتان ؛ وهو مفهومٌ ذو أهمية بالغة في الكيمياء النووية . ويؤدي حفظ الطاقة إلى مفاهيم أساسية أخرى ، كالتوازن ، والديناميكا الحرارية ، والحركية الكيميائية .

تُفصّل قوانين الكيمياء الإضافية قانون حفظ الكتلة. وينص قانون التركيب المحدد لجوزيف بروست على أن المواد الكيميائية النقية تتكون من عناصر بصيغة محددة؛ ونعلم الآن أن الترتيب البنيوي لهذه العناصر مهم أيضاً.

ينص قانون دالتون للنسب المتعددة على أن هذه المواد الكيميائية ستظهر بنسب أعداد صحيحة صغيرة؛ على الرغم من أن النسب في العديد من الأنظمة (لا سيما الجزيئات الحيوية الكبيرة والمعادن ) تميل إلى أن تتطلب أعدادًا كبيرة، وغالبًا ما يتم تمثيلها على شكل كسر.

يُعدّ قانون التركيب الثابت وقانون النسب المتعددة أول قانونين من قوانين القياس الكيميائي الثلاثة ، وهي النسب التي تتحد بها العناصر الكيميائية لتكوين المركبات الكيميائية. أما القانون الثالث فهو قانون النسب العكسية ، الذي يُشكّل الأساس لتحديد الأوزان المكافئة لكل عنصر كيميائي. ويمكن استخدام هذه الأوزان المكافئة لحساب الأوزان الذرية لكل عنصر.

تحدد قوانين الكيمياء الحديثة العلاقة بين الطاقة وتحولاتها.

حركية التفاعلات وتوازنها :

في حالة الاتزان، توجد الجزيئات في خليط تحدده التحولات الممكنة خلال فترة الاتزان، وتكون نسبتها محددة بالطاقة الذاتية للجزيئات - فكلما انخفضت الطاقة الذاتية، زادت وفرة الجزيء. وينص مبدأ لو شاتيليه على أن النظام يقاوم أي تغيير في ظروفه عن حالة الاتزان، أي أن هناك مقاومة لتغيير حالة التفاعل المتوازن.
يتطلب تحويل بنية ما إلى أخرى إدخال طاقة لتجاوز حاجز طاقة؛ ويمكن أن تأتي هذه الطاقة من الطاقة الذاتية للجزيئات نفسها، أو من مصدر خارجي يُسرّع التحولات عمومًا. وكلما ارتفع حاجز الطاقة، تباطأ التحول.
توجد بنية وسيطة افتراضية، أو بنية انتقالية ، تُطابق البنية الموجودة عند قمة حاجز الطاقة. تنص فرضية هاموند-ليفلر على أن هذه البنية تُشبه إلى حد كبير الناتج أو المادة الأولية التي تمتلك طاقة جوهرية أقرب إلى طاقة حاجز الطاقة. ويُعدّ تثبيت هذه البنية الوسيطة الافتراضية من خلال التفاعل الكيميائي أحد طرق تحقيق التحفيز .
جميع العمليات الكيميائية قابلة للانعكاس (قانون الانعكاسية المجهرية ) على الرغم من أن بعض العمليات لها مثل هذا التحيز في الطاقة، إلا أنها غير قابلة للانعكاس بشكل أساسي.
يُعرف معدل التفاعل بالمعامل الرياضي المعروف بثابت المعدل . وتوضح معادلة أرهينيوس اعتماد ثابت المعدل على درجة الحرارة وطاقة التنشيط ، وهو قانون تجريبي.

الكيمياء الحرارية :

قوانين الغاز :

النقل الكيميائي :

قوانين علم الأحياء

علم البيئة

مبدأ الاستبعاد التنافسي أو قانون جاوس

علم الوراثة

القوانين المندلية (السيادة والانتظام، وانفصال الجينات، والتوزيع المستقل)
مبدأ هاردي-واينبرغ

الانتقاء الطبيعي

يُعدّ اعتبار الانتخاب الطبيعي "قانونًا من قوانين الطبيعة" أمرًا مثيرًا للجدل بين علماء الأحياء. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]} وقد ناقش هنري بايرلي ، الفيلسوف الأمريكي المعروف بأعماله في نظرية التطور، مشكلة تفسير مبدأ الانتخاب الطبيعي كقانون. واقترح صياغة الانتخاب الطبيعي كمبدأ إطاري يُمكن أن يُسهم في فهم أفضل لنظرية التطور. ^{[ 18 ]} تمثلت طريقته في التعبير عن اللياقة النسبية ، أي ميل النمط الجيني إلى زيادة تمثيله النسبي في بيئة تنافسية، كدالة لمدى تكيف الكائن الحي (التصميم التكيفي).

قوانين علوم الأرض

الجغرافيا

الجيولوجيا

مجالات أخرى

تُعرف بعض النظريات والمسلمات الرياضية بالقوانين لأنها توفر أساسًا منطقيًا للقوانين التجريبية.

من الأمثلة على الظواهر المرصودة الأخرى التي تُوصف أحيانًا بالقوانين: قانون تيتيوس-بود لمواقع الكواكب، وقانون زيبف في علم اللغة، وقانون مور للنمو التكنولوجي. يندرج العديد من هذه القوانين ضمن نطاق العلوم غير المألوفة . أما القوانين الأخرى فهي عملية وقائمة على الملاحظة، مثل قانون العواقب غير المقصودة . وبالمثل، تُوصف المبادئ في مجالات دراسية أخرى أحيانًا بشكل عام بأنها "قوانين". ومن هذه المبادئ: مبدأ أوكام في الفلسفة، ومبدأ باريتو في الاقتصاد.

تاريخ

يعود تاريخ رصد واكتشاف الانتظامات الكامنة في الطبيعة إلى عصور ما قبل التاريخ ، إذ يُعدّ إدراك علاقات السبب والنتيجة اعترافًا ضمنيًا بوجود قوانين الطبيعة. إلا أن الاعتراف بهذه الانتظامات كقوانين علمية مستقلة بحد ذاتها كان محدودًا بسبب ارتباطها بالروحانية ، وبسبب إسناد العديد من الظواهر التي لا تظهر لها أسباب واضحة - كالظواهر الفيزيائية - إلى أفعال الآلهة والأرواح والكائنات الخارقة للطبيعة، وما إلى ذلك. كانت الملاحظة والتأمل في الطبيعة مرتبطين ارتباطًا وثيقًا بالميتافيزيقا والأخلاق.

في أوروبا، بدأ التنظير المنهجي حول الطبيعة ( physis ) مع الفلاسفة والعلماء اليونانيين الأوائل واستمر في العصر الهلنستي والعصر الإمبراطوري الروماني ، وخلال تلك الأوقات أصبح التأثير الفكري للقانون الروماني ذا أهمية متزايدة.

ظهرت عبارة "قانون الطبيعة" لأول مرة كـ"استعارة حية" لاقت رواجًا لدى الشعراء اللاتينيين لوكريتيوس ، وفيرجيل ، وأوفيد ، ومانيليوس ، ثم اكتسبت مع مرور الوقت حضورًا نظريًا راسخًا في مؤلفات سينيكا وبليني النثرية . ما سبب هذا الأصل الروماني؟ وفقًا لرواية المؤرخ وعالم الكلاسيكيات دارين ليهو المقنعة، ^{[ 19 ]} فقد أصبحت هذه الفكرة ممكنة بفضل الدور المحوري للقانون المدون والجدال القضائي في الحياة والثقافة الرومانية. فبالنسبة للرومان، كانت المحكمة المكان الأمثل الذي تتداخل فيه الأخلاق والقانون والطبيعة والدين والسياسة . عندما نقرأ كتاب سينيكا " الأسئلة الطبيعية" ، ونتأمل مرارًا وتكرارًا كيف يطبق معايير الأدلة وتقييم الشهود والجدال والإثبات، ندرك أننا نقرأ لأحد أعظم خطباء الرومان في ذلك العصر، المتعمق في المنهج القضائي. ولم يكن سينيكا وحده من فعل ذلك. تظهر النماذج القانونية للحكم العلمي في كل مكان، وتثبت على سبيل المثال أنها جزء لا يتجزأ من منهج بطليموس في التحقق، حيث يُسند إلى العقل دور القاضي، وإلى الحواس دور الكشف عن الأدلة، وإلى العقل الجدلي دور القانون نفسه. ^{[ 20 ]}

يعود تاريخ الصياغة الدقيقة لما يُعرف اليوم بالبيانات الحديثة والصحيحة لقوانين الطبيعة إلى القرن السابع عشر في أوروبا، مع بداية التجارب الدقيقة وتطور أشكال متقدمة من الرياضيات. خلال هذه الفترة، تأثر فلاسفة الطبيعة ، مثل إسحاق نيوتن (1642-1727)، بنظرة دينية - نابعة من مفاهيم العصور الوسطى للقانون الإلهي - والتي رأت أن الله قد وضع قوانين فيزيائية مطلقة وعالمية وثابتة. ^{[ 21 ]}^{[ 22 ]} في الفصل السابع من كتاب "العالم" ، وصف رينيه ديكارت (1596-1650) "الطبيعة" بأنها المادة ذاتها، غير متغيرة لأنها من خلق الله، وبالتالي فإن التغيرات في أجزائها "تُعزى إلى الطبيعة. أما القواعد التي تحدث وفقًا لها هذه التغيرات فأسميها "قوانين الطبيعة". ^{[ 23 ]} ساهم المنهج العلمي الحديث الذي تبلور في ذلك الوقت (مع فرانسيس بيكون (1561-1626) وغاليليو (1564-1642)) في ظهور نزعة فصل العلم عن اللاهوت ، مع الحد الأدنى من التأمل في الميتافيزيقا والأخلاق. ( كما تم تطوير القانون الطبيعي بالمعنى السياسي، باعتباره عالميًا (أي منفصلًا عن الدين الطائفي وظروف المكان)، في هذه الفترة على يد علماء مثل غروتيوس (1583-1645) وسبينوزا (1632-1677) وهوبز (1588-1679)).

إن التمييز بين القانون الطبيعي بالمعنى السياسي والقانوني وقانون الطبيعة أو القانون الفيزيائي بالمعنى العلمي هو تمييز حديث، وكلا المفهومين مشتقان بالتساوي من كلمة physis اليونانية (التي تُترجم إلى اللاتينية باسم natura ) والتي تعني الطبيعة . ^{[ 24 ]}

انظر أيضاً

مراجع

↑ "قانون الطبيعة" . قاموس أكسفورد الإنجليزي ( الطبعة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد.(يشترط الاشتراك أو عضوية المؤسسة المشاركة .)
↑ ويليام ف. ماكوماس (30 ديسمبر 2013). لغة تعليم العلوم: معجم موسع للمصطلحات والمفاهيم الأساسية في تدريس وتعلم العلوم . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 58. ISBN 978-94-6209-497-0.
↑ "تعريفات من" . المركز الوطني لتعليم العلوم . تم الاسترجاع في 18-03-2019 .
↑ المجلس الوطني للبحوث (2008). دور النظرية في تطوير علم الأحياء في القرن الحادي والعشرين: تحفيز البحوث التحويلية . كتاب إلكتروني، رقم ISBN 978-0-309-13417-0. واشنطن العاصمة: مطبعة الأكاديميات الوطنية. doi : 10.17226/12026 . ISBN 978-0-309-11249-9.
↑ غولد، ستيفن جاي (1981-05-01). "التطور كحقيقة ونظرية" (ملف PDF) . ديسكفر . 2 (5): 34-37 .
↑ هوندرتش، بايك، محرر (1995)، "القوانين، الطبيعية أو العلمية"، موسوعة أكسفورد للفلسفة ، أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد، ص 474-476 ، ISBN 0-19-866132-0
↑ "قانون الطبيعة" . قاموس أكسفورد الإنجليزي ( الطبعة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد. (يشترط الاشتراك أو عضوية المؤسسة المشاركة .)
1 2 ديفيز، بول (2005). عقل الله : الأساس العلمي لعالم عقلاني (الطبعة الأولى من سيمون وشوستر، غلاف ورقي). نيويورك: سيمون وشوستر. ISBN 978-0-671-79718-8.
1 2 3 فاينمان، ريتشارد (1994). طبيعة القانون الفيزيائي ( طبعة المكتبة الحديثة). نيويورك: المكتبة الحديثة. ISBN 978-0-679-60127-2.
↑ فريش، ماتياس (مايو 2014). "قوانين الفيزياء | المجلة الأوروبية | كامبريدج كور" . المجلة الأوروبية . 22 (ملحق 1): ص33- ص49. doi : 10.1017/S1062798713000768 . S2CID 122262641 .
↑ إهرنبرغ، أندرو (1993). "حتى العلوم الاجتماعية لها قوانين" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 365 (6445). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ذ.م.م: 385. doi : 10.1038/365385a0 . ISSN 0028-0836 .
↑ فاينمان، ريتشارد فيليبس؛ لايتون، روبرت ب.؛ ساندز، ماثيو لينزي (1963). محاضرات فاينمان في الفيزياء . ريدينغ/ماساتشوستس: أديسون ويسلي لونغمان. ISBN 0-201-02117-X.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
↑ ليرنر، ريتا ج.؛ تريج، جورج ل. (1991). موسوعة الفيزياء . نيويورك، فاينهايم، كامبريدج، بازل: دار نشر VCH. ISBN 0-89573-752-3.
↑ كيبل، تي دبليو بي (1973). الميكانيكا الكلاسيكية . لندن؛ نيويورك: ماكجرو هيل. ISBN 0-07-084018-0.
↑ تشيوفوليني، إغنازيو؛ ويلر، جون أرشيبالد (13 أغسطس 1995). الجاذبية والقصور الذاتي . فيزياء برينستون. برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 0-691-03323-4.
↑ كيبل، تي دبليو بي (1973). الميكانيكا الكلاسيكية . الفيزياء الأوروبية. لندن؛ نيويورك: ماكجرو هيل. ISBN 0-07-084018-0.
↑ ريد إي إس: شرعية الانتقاء الطبيعي. المجلة الأمريكية للطبيعة 1981؛ 118(1): 61-71.
1 2 بايرلي إتش سي: الانتقاء الطبيعي كقانون: المبادئ والعمليات. المجلة الأمريكية للطبيعة. 1983؛ 121(5): 739-745.
↑ في دارين ليهو، ماذا عرف الرومان؟ بحث في العلم وصناعة العالم (شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو، 2012)، تمت مراجعته بواسطة ديفيد سيدلي، "عندما حصلت الطبيعة على قوانينها"، ملحق التايمز الأدبي (12 أكتوبر 2012).
↑ سيدلي، "عندما حصلت الطبيعة على قوانينها"، ملحق التايمز الأدبي (12 أكتوبر 2012).
↑ ديفيز، بول (24 نوفمبر 2007). "التعامل مع العلم بالإيمان" . صحيفة نيويورك تايمز . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0362-4331 . تاريخ الاسترجاع 7 أكتوبر 2016. استقى إسحاق نيوتن فكرة القوانين المطلقة، والشاملة، والكاملة، والثابتة من العقيدة المسيحية القائلة بأن الله خلق العالم ورتبه بطريقة عقلانية.
↑ هاريسون، بيتر (8 مايو 2012). "المسيحية ونشأة العلوم الغربية" . ABC . كان أفرادٌ مثل غاليليو، ويوهانس كيبلر، ورينيه ديكارت، وإسحاق نيوتن مقتنعين بأن الحقائق الرياضية ليست نتاج عقول بشرية، بل هي نتاج العقل الإلهي. فالله هو مصدر العلاقات الرياضية التي تجلّت في القوانين الجديدة للكون.
↑ "الثورة الكونية الخامسة: ديكارت ونيوتن" . bertie.ccsu.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-11-2016 .
↑ يستخدم بعض الفلاسفة المعاصرين، مثل نورمان شوارتز ، مصطلح "القانون الفيزيائي" للدلالة على قوانين الطبيعة كما هي في حقيقتها، لا كما يستنتجها العلماء. انظر: نورمان شوارتز، مفهوم القانون الفيزيائي (نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج)، 1985. الطبعة الثانية متاحة على الإنترنت..

للمزيد من القراءة

بارو، جون د. (1992). نظريات كل شيء: البحث عن التفسيرات النهائية . دار بالانتاين للنشر. رقم ISBN 0-449-90738-4.
ديلورث، كريج (2007). "الملحق الرابع. حول طبيعة القوانين والنظريات العلمية". التقدم العلمي : دراسة حول طبيعة العلاقة بين النظريات العلمية المتعاقبة ( الطبعة الرابعة). دوردريخت: سبرينغر فيرلاغ. ISBN 978-1-4020-6353-4.
فرانسيس بيكون (1620). نوفوم أورجانوم .
هانزل، إيغور (1999). مفهوم القانون العلمي في فلسفة العلم ونظرية المعرفة : دراسة في العقل النظري . دوردريخت [ua]: كلوير. ISBN 978-0-7923-5852-7.
ليهو، دارين (28 فبراير 2012). ماذا عرف الرومان؟ بحث في العلم وصناعة العالم . شيكاغو، إلينوي: مطبعة جامعة شيكاغو. ISBN 978-0-226-47114-3.
ناجل، إرنست (1984). "5. القوانين والنظريات التجريبية". بنية المشكلات العلمية في منطق التفسير العلمي ( الطبعة الثانية). إنديانابوليس: هاكيت. ISBN 978-0-915144-71-6.
آر. بنروز (2007). الطريق إلى الواقع . دار فينتج للنشر. رقم ISBN 978-0-679-77631-4.
شوارتز، نورمان (20 فبراير 2009). "قوانين الطبيعة" . موسوعة الإنترنت للفلسفة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مايو 2012 .

روابط خارجية

كتاب "معادلات الفيزياء" ، وهو كتاب مفيد متوفر بأشكال مختلفة ويحتوي على العديد من القوانين والصيغ الفيزيائية.
تم أرشفة موقع Eformulae.com بتاريخ 23-02-2011 على موقع Wayback Machine ، وهو موقع يحتوي على معظم الصيغ في مختلف التخصصات.
موسوعة ستانفورد للفلسفة : "قوانين الطبيعة" بقلم جون دبليو كارول.
باكي، بلال إي. "قوانين الفيزياء : مدخل تمهيدي". مؤرشف بتاريخ 8 أبريل 2006 في أرشيف الإنترنت . المنهج الأساسي، الجامعة الوطنية في سنغافورة .
فرانسيس، إريك ماكس. "قائمة القوانين". الفيزياء . أنظمة ألسيون
بازاميتا، زوران. "قوانين الطبيعة". مؤرشف بتاريخ 26-02-2014 في آلة Wayback التابعة للجنة التحقيق العلمي في ادعاءات الخوارق .
موسوعة الإنترنت للفلسفة . "قوانين الطبيعة" - بقلم نورمان شوارتز
مارك بوكانان؛ فرانك كلوز؛ نانسي كارترايت؛ ميلفين براغ (مقدم البرنامج) (19 أكتوبر 2000). "قوانين الطبيعة" . في عصرنا . إذاعة بي بي سي 4.

[1] "قانون الطبيعة" . قاموس أكسفورد الإنجليزي ( الطبعة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد.(يشترط الاشتراك أو عضوية المؤسسة المشاركة .)

[2] ويليام ف. ماكوماس (30 ديسمبر 2013). لغة تعليم العلوم: معجم موسع للمصطلحات والمفاهيم الأساسية في تدريس وتعلم العلوم . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ص 58. ISBN 978-94-6209-497-0.

[3] "تعريفات من" . المركز الوطني لتعليم العلوم . تم الاسترجاع في 18-03-2019 .

[4] المجلس الوطني للبحوث (2008). دور النظرية في تطوير علم الأحياء في القرن الحادي والعشرين: تحفيز البحوث التحويلية . كتاب إلكتروني، رقم ISBN 978-0-309-13417-0. واشنطن العاصمة: مطبعة الأكاديميات الوطنية. doi : 10.17226/12026 . ISBN 978-0-309-11249-9.

[5] غولد، ستيفن جاي (1981-05-01). "التطور كحقيقة ونظرية" (ملف PDF) . ديسكفر . 2 (5): 34-37 .

[6] هوندرتش، بايك، محرر (1995)، "القوانين، الطبيعية أو العلمية"، موسوعة أكسفورد للفلسفة ، أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد، ص 474-476 ، ISBN 0-19-866132-0

[7] "قانون الطبيعة" . قاموس أكسفورد الإنجليزي ( الطبعة الإلكترونية). مطبعة جامعة أكسفورد. (يشترط الاشتراك أو عضوية المؤسسة المشاركة .)

[Davies-8] 1 2 ديفيز، بول (2005). عقل الله : الأساس العلمي لعالم عقلاني (الطبعة الأولى من سيمون وشوستر، غلاف ورقي). نيويورك: سيمون وشوستر. ISBN 978-0-671-79718-8.

[Feynman-9] 1 2 3 فاينمان، ريتشارد (1994). طبيعة القانون الفيزيائي ( طبعة المكتبة الحديثة). نيويورك: المكتبة الحديثة. ISBN 978-0-679-60127-2.

[10] فريش، ماتياس (مايو 2014). "قوانين الفيزياء | المجلة الأوروبية | كامبريدج كور" . المجلة الأوروبية . 22 (ملحق 1): ص33- ص49. doi : 10.1017/S1062798713000768 . S2CID 122262641 .

[11] إهرنبرغ، أندرو (1993). "حتى العلوم الاجتماعية لها قوانين" (ملف PDF) . مجلة نيتشر . 365 (6445). سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا ذ.م.م: 385. doi : 10.1038/365385a0 . ISSN 0028-0836 .

[12] فاينمان، ريتشارد فيليبس؛ لايتون، روبرت ب.؛ ساندز، ماثيو لينزي (1963). محاضرات فاينمان في الفيزياء . ريدينغ/ماساتشوستس: أديسون ويسلي لونغمان. ISBN 0-201-02117-X.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )

[13] ليرنر، ريتا ج.؛ تريج، جورج ل. (1991). موسوعة الفيزياء . نيويورك، فاينهايم، كامبريدج، بازل: دار نشر VCH. ISBN 0-89573-752-3.

[14] كيبل، تي دبليو بي (1973). الميكانيكا الكلاسيكية . لندن؛ نيويورك: ماكجرو هيل. ISBN 0-07-084018-0.

[15] تشيوفوليني، إغنازيو؛ ويلر، جون أرشيبالد (13 أغسطس 1995). الجاذبية والقصور الذاتي . فيزياء برينستون. برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 0-691-03323-4.

[16] كيبل، تي دبليو بي (1973). الميكانيكا الكلاسيكية . الفيزياء الأوروبية. لندن؛ نيويورك: ماكجرو هيل. ISBN 0-07-084018-0.

[17] ريد إي إس: شرعية الانتقاء الطبيعي. المجلة الأمريكية للطبيعة 1981؛ 118(1): 61-71.

[Byerly1983-18] 1 2 بايرلي إتش سي: الانتقاء الطبيعي كقانون: المبادئ والعمليات. المجلة الأمريكية للطبيعة. 1983؛ 121(5): 739-745.

[19] في دارين ليهو، ماذا عرف الرومان؟ بحث في العلم وصناعة العالم (شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو، 2012)، تمت مراجعته بواسطة ديفيد سيدلي، "عندما حصلت الطبيعة على قوانينها"، ملحق التايمز الأدبي (12 أكتوبر 2012).

[20] سيدلي، "عندما حصلت الطبيعة على قوانينها"، ملحق التايمز الأدبي (12 أكتوبر 2012).

[21] ديفيز، بول (24 نوفمبر 2007). "التعامل مع العلم بالإيمان" . صحيفة نيويورك تايمز . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0362-4331 . تاريخ الاسترجاع 7 أكتوبر 2016. استقى إسحاق نيوتن فكرة القوانين المطلقة، والشاملة، والكاملة، والثابتة من العقيدة المسيحية القائلة بأن الله خلق العالم ورتبه بطريقة عقلانية.

[22] هاريسون، بيتر (8 مايو 2012). "المسيحية ونشأة العلوم الغربية" . ABC . كان أفرادٌ مثل غاليليو، ويوهانس كيبلر، ورينيه ديكارت، وإسحاق نيوتن مقتنعين بأن الحقائق الرياضية ليست نتاج عقول بشرية، بل هي نتاج العقل الإلهي. فالله هو مصدر العلاقات الرياضية التي تجلّت في القوانين الجديدة للكون.

[23] "الثورة الكونية الخامسة: ديكارت ونيوتن" . bertie.ccsu.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17-11-2016 .

[24] يستخدم بعض الفلاسفة المعاصرين، مثل نورمان شوارتز ، مصطلح "القانون الفيزيائي" للدلالة على قوانين الطبيعة كما هي في حقيقتها، لا كما يستنتجها العلماء. انظر: نورمان شوارتز، مفهوم القانون الفيزيائي (نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج)، 1985. الطبعة الثانية متاحة على الإنترنت..

[

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]