Loodusseadus

Loodusseadus on üldkehtiv loodusenähtusi kirjeldav seaduspärasus, mille aluseks on tehtud vaatlused või katsed, mida on edasi arendatud matemaatiliselt ja mida seletab lõpuks teooria. Mõiste on käibel kõigis reaalteaduse valdkondades (füüsika, keemia, astronoomia, maateadus, bioloogia). Loodusseadus on enamasti esitatud väidete või valemite kujul, mis võimaldavad ette ennustada katse või vaatluse tulemust. Loodusseaadused ei taotle täielikku kindlust, nagu matemaatikaseadused. Loodusseadust võivad täiendada, piirata või ümber lükata tulevased vaatlused. Loodusseaduste olemusega tegeleb filosoofia.

Omadused
Loodusseadus on üldkehtiv ja kirjeldab kõiki oma valdkonna nähtusi. Loodusseadus sõnastatakse teatud sündmustejadade või koosesinevate omaduste mustrina. 

Filosoofia uurib, kas loodusseadustele omane paratamatus on loogikast või mõistetest tulenev või on olemas looduses eneses. Samuti epistemoloogilist küsimust, kuidas saab miski olla üldkehtiv. Filosoofia jaoks tektitab ka loodusseaduste paratamatus uurimisküsimuse, kuidas seda paratamatust seletada.

Kolm põhilist arusaama loodusseadustest
Loodusseadusi võidakse pidada:
 mõistetevahelisi seoseid väljendavateks
 meeleliste kogemuste kokkuvõtteks
 looduses esinevate reaalsete kalduvuste kirjelduseks

Kui loodusseadused väljendavad mõistetevahelisi seoseid, siis on selge, miks nad on paratamatud ja kuidas õigustada kontrafaktuaalidena väljendatud seadusi. Et kontrafaktuaalid käivad võimalike asjade seisude kohta ning mõistetevahelised seosed katavad kõik tegelikud ja võimalikud juhtumid, siis on tegelike ja võimalike juhtumite vahel loogiline seos.

Loodusseaduste idealiseeritus
Loodusseadused kirjeldavad sündmusi lihtsustatud maailmas. Näiteks inertsiseadus, mille kohaselt keha jätkab oma paigalolekut või ühtlast sirgjoonelist liikumist, kui talle ei mõju ükski jõud, räägib olukorrast, mida maailmas ei esine. See paneb kahtleja arvama, et loodusseadused ehk ei käigi otseselt tõeluse kohta, vaid on abstraktsioonid või mudelid.

Seadused ja nende sõnastused
Sõna "loodusseadus" on kahemõtteline: selle all võidakse mõista nii toimivaid seadusi endid kui ka nende kirjeldusi (sõnastusi, formuleeringuid). Teadusfilosoofias on oluline nende kahe tähenduse vahel vahet teha.

Seaduste sõnastuste loogiline vorm
Tundub, et loodusseadusi ei saa sõnastada lihtsalt üldiste väidetena selle kohta, mis tegelikult aset leiab, vaid nad peavad rääkima ka sellest, mis oleks siis, kui oleks teisiti: nad peavad sisaldama ka kontrafaktuaale.

Loodusseadused ja juriidilised seadused
Juriidilistest seadustest erinevad loodusseadused eeskätt selles, et inimene ei saa neid välja anda ega rikkuda.

Seaduste matemaatilisus
Loodusseadused esitatakse enamasti matemaatilisel kujul, sest nii vaatlused kui ka seaduste rakendused põhinevad üldjuhul mingite füüsikaliste suuruste mõõtmisel. Viimaseid saab avaldada valemite kaudu, kus ühed füüsikalised suurused on seoses teiste füüsikaliste suurustega (ja tihti ka konstantidega) matemaatilistes tehetes.

Mõisteajalugu
Loodusteadus on algusest peale näinud loodusnähtustes mingeid seaduspärasusi ning otsinud sügavamaid seaduspärasusi, üldistusi ja seoseid näiliselt kaootiliste nähtuste taga.

Loodusseaduste mõiste moodustati juriidilise seaduse mõiste eeskujul. Loodusseadust on käsitanud juriidilise seaduse taolisena näiteks veel George Berkeley, kelle meelest loodusseadused tulenevad reeglitest, mis Jumal endale ette kirjutab maailma, inimesi ja inimeste kogemusi mõeldes.

Tänapäeva teadusfilosoofias leitakse enamasti, et loodusseaduste formuleeringud kirjeldavad tegelikult olemasolevaid, kirjeldamisest sõltumatuid tendentse ja seaduspärasusi looduses. Siiski on väidetud ka, et meie uskumused mõjutavad seda, mida me looduse vaatlemisel otsime. See mõju leiab aset juba taju tasandil: taju oleneb nii eelnevalt omandatud uskumustest kui ka kaasasündinud kalduvustest teatud tajumustritele.

Aristoteles
Aristotelese järgi ei saa olla teaduslikku teadmist üksikute asjade kohta, vaid ainult liikide kohta. Kui me räägime sellest, mis peab paratamatult olema tõene mingi üksiku asja kohta, siis me räägime sellest asjast kui mingi liigi esindajast.

Teaduse meetod on Aristotelesel tõestus, mis alustab fundamentaalsetest vaieldamatutest paratamatutest alustest. See paratamatus ilmneb liikide definitsioonides (logostes). Logos toob välja liigi olemuse. Kui näiteks müristamine on oma olemuselt tule kustutamise müra pilvedes, siis see seletabki üksikuid müristamisjuhte.

Lõppkokkuvõttes taanduvad loodusseadused Aristotelesel sugude ja liikide hierarhiale, mis määrab olemuslike omaduste seosed. Selle hierarhia kaudu on loodusseadusi võimalik ka tõestada.

Hume
David Hume'i järgi sisaldab põhjuslikkuse mõiste kolm ideed:
põhjusetüüpi sündmuste ja tagajärjetüüpi sündmuste vahel peab olema seaduspärane kaasnemine;
põhjussündmus peab külgnema tagajärgsündmusega
põhjussündmus peab tagajärgsündmuse paratamatusega esile kutsuma.

Esimesed kaks ideed ei valmista Hume'ile raskusi, sest ta usub, et neile vastavad meeltemuljete mustrid. Kolmandale ideele ei vasta aga ükski meeltemulje. Me vaatleme üksnes omavahel loogiliselt sõltumatute sündmuste järgnevust. Põhjuslikkuse (loodusseaduse) paratamatus ei ole loogiline, sest põhjuse olemasolu ja tagajärje puudumise vahel ei ole loogilist vastuolu. Paratamatu põhjuslikkuse ideele vastab üksnes mulje, mis seisneb ootuses, et põhjusetüüpi sündmusele järgneb seda tüüpi sündmus, mille seaduspärast järgnevust põhjusetüüpi sündmusele on vaadeldud. Selle mulje tekitab sündmuste seaduspärasest kaasnemisest tingitud harjumus.

Mach
Ernst Machi järgi on Newtoni teine seadus, mis määrab massi, kiirenduse ja jõu vahelise seose, lihtsalt jõu mõiste definitsioon. See ei saa väljendada vaadeldavate suuruste vahelist korrelatsiooni, sest jõudu ei saa mõõta sõltumatult kiirendusest ja teistest kinemaatilistest suurustest.

Wittgenstein
Ludwig Wittgenstein kasutas mõneti Machi vaimus "Filosoofilistes uurimustes" raami ja pildi metafoori, et näidata, kuidas loodusseaduse vormi võtnud definitsioonid mängivad teistsugust rolli kui vaatluste ja katsete tulemuste kirjeldused. Raamlaused (loodusseadused kui definitsioonid) annavad keele, milles sõnastada piltlauseid (vaatluslauseid). Raamlauseid ei saa empiiriliselt kontrollida ning nad pole ei tõesed ega väärad. Nad määravad "grammatika". Öelda, et jõud ei võrdu massi ja kiirenduse korrutisega, ei ole väär, vaid mõttetu, sest Newtoni teine seadus määrab, kuidas jõu, massi ja kiirenduse mõistet tuleb kasutada.

Looduse koostisosa või konstruktid looduse kirjeldamiseks?
Vaieldakse selle üle, kas loodusseadused on looduse koostisosa või on nad konstruktid looduslike protsesside kirjeldamiseks. Esimese arusaama järgi on loodusseadused möödapääsmatud reeglid, mille kohaselt loodus käitub. Loodusteaduste eesmärk on siis neid seadusi uurida. Teadlane on loodusseaduste avastaja. Loodusseaduste avastamise vahendina eelistatakse kas katset ja vaatlust (empirism) või mõistust ja analüütilist mõtlemist (ratsionalism). Viimatimainitud arusaama järgi luuakse loodusseadused inimese poolt abstraktsioonidena vaadeldud looduslikest protsessidest. Teadlane on loodusseaduste leiutaja. See arusaam on näiteks konstruktivismi aluseks. Sageli ka välditakse loodusseadustest rääkimist, sest õigeks peetava seaduse hilisem falsifitseerimine ei ole kunagi välistatud.

Loodusseaduste näiteid

Valgus levib homogeenses keskkonnas alati sirgjooneliselt.
Valguse kiirus vaakuumis on konstant. See seadus on lülitatud Albert Einsteini erirelatiivsusteooriasse.
Boyle'i-Mariotte'i seadus ideaalse gaasi rõhu ja ruumala vahelise seose kohta konstantsel temperatuuril.
Jäävusseadused (energia jäävuse seadus, massi jäävuse seadus ja teised).
Ohmi seadus pinge, voolutugevuse ja takistuse vahelise seose kohta elektrivoolu puhul.
Termodünaamika seadused

Kummutatud loodusseaduste näiteid

Geneetiline informatsioon liigub alati DNA-st RNA-sse (vaata transkriptsioon) ja mitte vastupidi.
Geneetiline informatsioon liigub vastupidi (pöördtranskriptsioon näiteks ensüüm pöördtranskriptaasi kasutavatel retroviirustel (näiteks HI-viirus)).
19. sajandi arusaamadele vastav seisukoht, et kogu maailma füüsikalisi seaduspärasusi saab seletada tuginedes Isaac Newtoni klassikaline mehaanika seaduspärasustele, on kummutatud. 20. sajandi alguses selgus, et klassikaline mehaanika kehtib vaid tingimusel kui vaatleme inimese jaoks kõige tavapärasemat maailma (makromaailm), kus liikumise kiirused on oluliselt väiksemad, kui valguse kiirus ja vaadeldakse objekte, mis on oluliselt suuremad kui mikromaailma objektid (elementaarosakesed, nukleonid). Teooria, mis hõlmab ka valguse kiirusega või sellele lähedaste kiirustega liikuvate objektide füüsikalist seaduspära on Albert Einsteini erirelatiivsusteooria või üldrelatiivsusteooria. Kui tegemist on subatomaarsete objektidega, siis kasutatakse kvantfüüsikast tuntud seaduspärasusi. Kuigi Newtoni mehaanika ei osutunud kõikvõimsaks füüsikaliseks mudeliks, kehtib ta endiselt. Seega ei saa öelda, et see oleks kummutatud. See on hästi rakendatav, sest annab täiesti piisava lähenduse meie igapäevases maailmas kerkivatele füüsikalistele küsimustele, sest saame maksimaalse kiiruse, valguse kiiruse, määratleda lõpmatu suurena ja subatomaarse maailma sündmuste piirkonna lõpmatult väiksena. 
Vitalismi teooria
Flogistoni teooria

Vaata ka
Loodusseaduste loend

Välislingid

 Informatsioon ja intellekt looduses (pdf) 

Teadusfilosoofia
Teadus