Фізичний закон — наукове узагальнення, що ґрунтується на емпіричному спостереженні за поведінкою природних тіл, яке вважається універсальним і незмінним фактом фізичного світу.
Відкриті людством фізичні закони в строгому словесному і/або математичному формулюванні виражають стійкі, повторювані в експерименті зв'язки між фізичними величинами в явищах, процесах і станах тіл та інших матеріальних об'єктів навколишнього світуСелезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — , Наука, 1966. — С. 11 — 408 с..
Попри свій статус беззаперечного знання, закони можуть змінюватися і втрачати свою справедливість у тому випадку, коли з'являються нові дані, що суперечать їм.
Виявлення фізичних закономірностей є основним завданням фізичної науки.
Опис Для того, щоб певний зв'язок можна було назвати фізичним законом, він має задовольняти таким вимогам:
Емпіричне підтвердження: фізичний закон вважають установленим, якщо він має експериментальне підтвердження. Універсальність: математичний вираз часткового закону, що визначає зв'язки між параметрами однієї конкретної системи, може іноді описувати найрізноманітніші явища. Крім того, відповідно до принципу єдності законів природи, часткові закони застосовні, в межах наявних обмежень параметрів об'єкта і середовища, в будь-якій точці Всесвіту, а загальні закони однаково діють на всіх рівнях організації матерії в просторі і часі, а також визначають природу Всесвіту. Стійкість: властивості Всесвіту визначають незмінність фізичних законівРозенталь И. Л. Физические закономерности и численные значения фундаментальных постоянных. Успехи физических наук (1980 г.).— Том 131, вып. 2. — Дата обращения 06 октября 2019 года..
Хоча фізичні закони, як правило, виражають строгим словесним твердженням та/або математичної формули, за висловом нобелівського лауреата Поля Дірака "«фізичний закон повинен мати математичну красу». Крім того, цікавий такий факт: відзначено, що з 35 законів елементарної фізики лише 17 формулюють за допомогою математичних рівнянь і з більш ніж 300 понять лише близько 50 вводять за допомогою формул, інші формулюють і вводять лише словесноСелезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — , Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 401.
Приклади Серед прикладів законів природи Закони збереження Рівняння руху
Деякі з найвідоміших фізичних законів: Закон Архімеда Закон Бойля — Маріотта Закон всесвітнього тяжіння Закони Ньютона Закон Кулона Рівняння Максвелла Закони термодинаміки Закони Фарадея Закон збереження енергії Принцип найменшої дії H-теорема Принцип невизначеності Принцип доповнюваності
Закони-принципи Деякі фізичні закони не можна довести, вони є основними, тобто носять універсальний характер у рамках галузі застосування і за своєю суттю є визначеннями. Такі закони часто називають принципамиСивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 11. Вони є узагальненням експериментальних фактів. До них належать, наприклад, другий закон Ньютона (визначення сили), закон збереження енергіїСивухин Д. В. Общий курс физики. Механика. — М., Наука, 1979. — Тираж 50 000 экз. — с. 149 (визначення енергії), принцип найменшої дії (визначення дії) тощо.
Також існує низка фізичних принципів, які є найширшим, всеохопним узагальненням часткових законів фізики. До них належать: принцип невизначеності, принцип причинності, принцип доповнюваності, принцип еквівалентності, принцип релятивістської інваріантності тощоСелезнев Ю. А. Основы элементарной физики. — М., Наука, 1966. — Тираж 100 000 экз. — с. 11. Їх формулюють як ідеї, що узагальнюють експериментальні дані і дозволяють одноманітно пояснити всю сукупність розглянутих певною теорією явищ.
Деякі фізичні теорії: класична механіка, термодинаміка, теорія відносності, будуються на основі невеликого числа початкових фізичних принципів, з яких як наслідки виводяться всі приватні закониМощанский В. Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. — М., Просвещение, 1976. — Тираж 80 000 экз. — с. 114. Такий підхід до вивчення явищ природи отримав назву методу принципів. Його основоположниками є Ньютон і ЕйнштейнЭйнштейн А. Физика и реальность. — М., Наука, 1965. — 359 c..
Метод принципів не використовує ніяких гіпотез про внутрішні механізми досліджуваних явищ. Він безпосередньо спирається на узагальнення дослідних фактів, які й вважають принципами. Цінність методу принципів полягає в міцності отримуваних за його допомогою результатів.
Закони-наслідки симетрій Частина фізичних законів є простими наслідками деяких симетрій, наявних у системі. Так, закони збереження, згідно з теоремою Нетер, є наслідками симетрії простору і час. А принцип Паулі, наприклад, є наслідком ідентичності електронів (антисиметричність їхніх хвильових функцій відносно перестановки частинок).
Приблизність законів Усі фізичні закони є наслідком емпіричних спостережень і істинні з тією точністю, з якою істинні експериментальні спостереження. Це обмеження не дозволяє стверджувати, що якийсь із законів має абсолютний характер. Відомо, що частина законів свідомо не є абсолютно точними, а являють собою наближення до точніших. Так, закони Ньютона справедливі тільки для досить масивних тіл, що рухаються зі швидкостями, значно меншими від швидкості світла. Точнішими є закони квантової механіки і спеціальної теорії відносності. Однак, і вони, своєю чергою, є наближеннями точніших рівнянь квантової теорії поля.
Див. також Закон (закономірність) Науковий закон Фальсифікаціонізм
Примітки
Література
Посилання Physics Formulary, a useful book in different formats containing many or the physical laws and formulae. Eformulae.com, website containing most of the formulae in different disciplines.