Fizik kanunu

Örnekler

Bazı ünlü doğa kanunlarından Isaac Newton’un klasik mekanik teorileri, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica’ da gösterilmiştir ve Albert Einstein’ın görelilik teorisi. Diğer kanun örneklerinden Boyle’ın gaz kanunu, korunum yasası, termodinamiğin dört kanunu.

Tanım olarak kanunlar

Bazı bilim kanunları matematiksel tanım olarak yer alırlar (Newton’un ikinci kanunu, nedensellik, belirsizlik ilkesi gibi). Bu kanunlar bizim duyumuzun neyi algıladığını açıklamasına rağmen, hala deneyseldirler ve bu nedenle matematiksel bir olgu değildirler.

Matematiksel simetri sonucu olan kanunlar

Diğer kanunlar doğada bulunan matematiksel simetrileri yansıtmaktadır. Kanunlar yüksek hassaslık için, kesinlik için sıkça test edilir. Bu bilimin ana amaçlarından birisidir. Kanunlara uymak, onların test edilemeyeceği anlamına gelmez. Onları test etmek, doğruluğunu arttırmak, yeni koşulları doğrulamak, eski koşulları tuttuğunu görmek ya da süreç içinde neler keşfedileceğini görmek için yapılır.  Kanunların geçerliliğini yitirmesi ya da yapılan deneylerle yeni limitler eklemek her zaman mümkündür. Fakat kanunların temelini değiştirmek imkansızdır. İyi yapılan kanunların geçerliliğini yitirmesi mümkündür fakat yeni formüller kanunu yıkmak yerine ondaki tutarsızlıkları geneller. Yani geçersiz kanunlar sadece tahmine yakın olarak bulunur ve yeni bulunan koşullar eskisine eklenir. Yani değiştirilmeyen bilgiden ziyade fizik kanunları, geliştirilen bakış açısı dizisi veya daha doğru genellemelerdir.

Yaklaşık olarak kanunlar

Bazı kanunlar diğer daha genel kanunların sadece iyi bir tahmini, yaklaşık olanlarıdır. Mesela, Newton dinamik yasası özel göreliliğin düşük hız limiti içindir. Benzer bir şekilde Newton’un yer çekimi yasası genel göreliliğin düşük kütle için ona yaklaşık bir kanundur. Coulomb kanunu kuantum elektrodinamiğine yaklaşık bir kanundur. Bazı durumlarda, yaklaşık kanunları daha genel olan kanunlar yerine kullanmak daha doğrudur.

Simetri prensiplerinden türeyen fizik kanunları

Birçok temel fizik kanunu, uzayın, zamanın ve doğanın diğer yönlerinin çeşitli simetrilerinin matematiksel sonuçlarıdır. Özellikle Noether teoremi, bazı korunum yasalarını kesin simetrilere bağlamaktadır. Mesela enerji korunumu zaman simetrisinin kaymasının bir sonucuyken, momentum korunumuysa uzay simetrisinin sonucudur. Ayırt edilemez bütün temel parçacıklar ( elektron ya da foton gibi ) Satyendra Nath Bose ve Paul Dirac kuantum istatistiği olarak sonuçlanır ki bu da fermiyonlar için Pauli dışlama ilkesi ve bozonlar için Bose-Einstein yoğunlaşması olarak sonuçlanır. Zaman ile uzay arasındaki dairesel simetri, eksenleri koordine eder. Bu da özel görelilik olarak sonuçlanan Lorentz dönüşümü ile sonuçlanır. Eylemsizlik ile kütle arasındaki simetri genel görelilik olarak sonuçlanır.
Kütlesiz bozonlar aracılığıyla etkileşimlerin ters kare kanunu, uzayın 3 boyutlu olmasının matematiksel sonucudur.
Doğanın en temel kanunlarını araştırma esnasındaki bir amaç, temel etkileşimlere uygulanabilen en temel matematiksel simetri gruplarını araştırmadır.

Tarihi

Doğadaki belli sistemler çerçevesi içinde bulunan gözlemler tarih öncesine dayanmaktadır. Bu tarih öncesinde neden sonuç ilişkisini tanıma, kesin bir kabul olarak görüldüğünden beri doğanın kanunları olduğu kabul edilmiştir. Animizdeki karmaşıklık ve birçok olayın meteorolojik,astronomik, biyolojik olaylara neden olduğunu ya da tanrılar, ruhlar ve doğaüstü olayların eylemlerine neden olduğunu, tam olarak anlaşılmamasına rağmen bağımsız bilim kanunları sınırlanmıştır. Doğa hakkındaki gözlemler ve tahminler metafizik ve ahlak ile sınırlandırılmıştır.
Avrupa'da, sistematik teoriler Yunan filozofları ve bilim adamlarıyla başlar ve Helenistik, Roma İmparatorluğu dönemiyle devam eder.
Doğa kanunları ilk olarak canlı metafor olarak Latin şairler Lucretius, Marcus Manilius, Virgil ve  Ovid tarafından benzetildi. Zaman içinde, Seneca the Younger ve Pliny the Elder’ in düz yazı makalelerinde sıkı kuramsal varoluş olarak isim kazandı. Neden Roma köklü? Lehoux’ın ikna edici anlatımına göre  fikirler, Roma kültürü ve yaşamındaki sistemleştirilmiş kanunların asıl rolüyle ve adli argümanlarca mümkün kılındığından dolayıdır. 
Şu anda tanıdığımız geçerli kanunların formülleri Avrupa’da 17. Yüzyıla, matematiğin geliştiği ve kesin deneylerin yapıldığı zamana dayanmaktadır. Bilimsel yöntem de bu zamanda şekil almıştır. Evrensel olarak tasarlanmış politik anlamda doğa kanunları da bu zamanda ayrıntılı olarak tasarlanmıştır.

Diğer alanlar

Bazı matematik teorileri ve belitler, kanunlar olarak bilinmektedir çünkü deneysel kanunlarla mantıksal temeli ispat edilmiştir. 
Diğer gözlemlenmiş olayların örnekleri de bazen kanunlar olarak tanımlanır mesela Titius-Bode yasası, Zipf yasası ve Moore yasası. Bu yasaların çoğu rahatsız edici bilim tanımına düşmüşlerdir. Diğer kanunlar pragmatik ve gözlemlenebilirdir.