Luonnonlaki
Wikipedia
Luonnonlaki (joskus myös fysiikan laki) on luonnossa esiintyvä säännönmukaisuus. Tarkemmin rajattuna se on luonnontieteellisesti niin kutsutulla tieteellisellä menetelmällä selvitetty säännönmukaisuus.
Tieteelliset lait ovat vakiintuneen tieteen parhaita hypoteeseja siitä, mitä luonnonlait ovat. Ne tieteelliset lait, jotka ovat tosia, ovat luonnonlakeja.[1] Tieteelliset lait ovat tyypillisesti johtopäätöksiä, jotka perustuvat toistettuihin tieteellisiin kokeisiin ja havaintoihin, ja jotka ovat tulleet yleisesti hyväksytyiksi tiedeyhteisössä. Kaikkeuden toimintaa kuvaavien lakien muotoilu on eräs tieteen päämääristä.
Lakien keskeinen ominaisuus on niiden vaillinaisuus, sillä ne kaikki kuvaavat luontoa vajavaisesti ja korvataan luultavasti aina jossain vaiheessa uusilla ja tarkemmilla. Toisaalta selvästi vanhentuneet lait, kuten klassisen mekaniikan lait, toimivat monessa tilanteessa riittävän tarkasti. Toinen oleellinen lakien ominaisuus on niiden ennustuskyky, eli niillä voidaan ennustaa tulevaisuuden tapahtumia jossain määrin, kun nykyinen tilanne tunnetaan. Tätä ennustamista käytetään myös luonnonlakien todenpitävyyden todentamiseen. Kolmanneksi luonnonlait ovat matemaattisia eli niillä kuvataan kvantitatiivisesti ilmaistavissa olevien asioiden välisiä säännönmukaisuuksia.
Luonnonlait ovat luonteeltaan erilaisia kuin lait oikeudenkäytössä tai uskonnoissa, koska ne eivät määrää, miten asioiden tulisi olla, vaan ainoastaan kuvaavat, miten ne ovat. Luonnonlakeja ei tule sekoittaa ajatukseen luonnollisesta laista, joka on etiikan alan käsite.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Lakien ominaisuuksia
Luonnonlakien ominaisuuksiksi on ehdotettu muun muassa seuraavia:
- Totuus, ainakin niiden sovellusalueella. Määritelmällisesti ei ole koskaan tehty sellaista toistettavissa olevaa havaintoa, joka olisi ristiriidassa lain kanssa.
- Universaalius. Lait vaikuttavat pätevän koko kaikkeudessa.[2]
- Yksinkertaisuus. Lait ilmaistaan tyypillisesti yksittäisinä matemaattisina yhtälöinä.[2]
- Absoluuttisuus. Mikään kaikkeudessa ei näytä vaikuttavan lakien pätevyyteen.[2]
- Vakaus. Lait eivät muutu sen jälkeen kun ne on kerran löydetty, vaikkakin ne saatetaan osoittaa joidenkin vielä yleisempien ja täsmällisempien lakien likiarvoiksi.
- Kaikkivoipuus. Kaiken kaikkeudessa tulee olla yhtäsopivaa lakien kanssa.[3]
- Lait ovat yleisesti tiettyjen säilymislakien mukaisia.[4]
- Lait ovat usein olemassaolevien aika-avaruudellisten homogeniteettien (symmetrioiden) ilmentymiä.[4]
- Lait ovat tyypillisesti teoreettisesti käännettävissä ajan suhteen, vaikkakaan ajan suuntaa itseään ei voida kääntää.[4]
Lait eroavat tieteellisistä teorioista siinä, että ne ovat niitä yksinkertaisempia ja vakaampia. Teoriat ovat usein lakeja monimutkaisempia ja niissä on useampia osatekijöitä, ja siksi ne tulevat todennäköisemmin muuttumaan, kun lisää havaintoaineistoa saadaan. Tämä johtuu siitä, että lait ovat yhteenvetoja tehdyistä havainnoista, kun taas teoriat ovat malleja, jotka selostavat havaintoja, selittävät niitä, ovat suhteessa toisiin havaintoihin ja tekevät niiden perusteella testattavissa olevia ennusteita. Yksinkertaistettuna, siinä missä laki kuvaa että jokin tapahtuu, teoria selittää miksi ja kuinka jokin tapahtuu.
Linjanveto siitä, mitä sanotaan luonnonlaiksi ja mitä ”pelkäksi” teoriaksi on varsin liukuvaa, mutta yleensä laki on jokin, jota ei enää edes kyseenalaisteta massiivisen empiirisen todistusaineiston vuoksi. Tällaisia ovat esimerkiksi mekaniikan peruslait sekä eräitä fysikaalisia suureita koskevat säilymislait kuten energian säilyminen. Toisaalta luonnonlait ovat vain yksittäisiä relaatioita, kuten dynamiikan peruslaki, ja teoriat, kuten alkuräjähdysteoria, ovat suurempia kokonaisuuksia, joiden todenmukaisuutta kokonaisuutena ei voi helposti tutkia.
[muokkaa] Lait ja selittäminen
Tieteellisen selittämisen peittävän lain mallissa eli deduktiivis-nomologisessa mallissa laki on keskeinen osa selitystä; selitettävä tapahtuma pyritään johtamaan jostakin laista.[1]
Eräs lakeihin ja selittämiseen liittyvä ongelma on, miksi lait tarkkaan ottaen selittävät jotain? Lakien voidaan katsoa selittävän esimerkiksi siksi, että ilmaisevat jonkinlaista kausaalista riippuvuutta asioiden välillä niin, että kausaatio koostuu lakien määräämästä sarjasta tapahtumia, tai siksi, että ne ilmaisevat jonkinlaista luonnossa esiintyvää välttämättömyyttä.[1]
Voidaan kysyä, miten lait (esim. ”vesi kiehuu sadassa asteessa”) tarkkaan ottaen eroavat pelkästä sattumanvaraisesta yleistyksestä (esim. ”aina kun käyn Lontoossa, sataa vettä”). Eräs lakien ominaisuus pelkkiin sattumanvaraisiin yleistyksiin verrattuna on se, että lait tukevat kontrafaktuaalisia ehtolauseita. Esimerkiksi jos ensimmäinen esimerkki esitetäänkin muodossa ”jos vesi lämmitettäisiin sataan asteeseen, se alkaisi kiehua”, sen voidaan havaita pitävän paikkansa; mutta jos jälkimmäinen esimerkki esitetään muodossa ”jos kävisin Lontoossa, sataisi vettä”, se ei ilmeisestikään pidä paikkaansa lainomaisella tavalla — Lontoossa ei sataisi vettä siksi, että menen sinne. Kontrafaktuaalisten ehtolauseiden tukeminen on kuitenkin vain eräs lakien ominaisuus, mutta tämä ei vastaa varsinaiseen kysymykseen.[5]
Ratkaisua on etsitty kahdelta taholta. Jotkut filosofit, kuten J. L. Mackie, F. P. Ramsey ja Dawid Lewis, ovat yhtyneet David Humen näkemykseen siitä, että lait vain ilmaisevat kahden asian tapahtuvan säännönmukaisesti yhdessä, toisin sanoen kausaliteetissa ei ole kyse mistään asiat yhteen sitovasta ”voimasta”. Eräs tämän lähestymistavan mukainen ratkaisu olisi katsoa lakien vaativan todellista yleisyyttä — tämän vuoksi yksittäiselle henkilölle sattuvat tapahtumat yhdessä kaupungissa eivät siis muodosta lakia. Kuitenkin esimerkiksi Keplerin laki planeettojen ellipsinmuotoisista radoista pätee vain aurinkokunnassa.[5]
Toinen humelaisen lähestymistavan mukainen ratkaisu olisi katsoa, etteivät sattumanvaraiset yleistykset auta ennusteiden tekemisessä. Lait saavat induktiivista tukea ne toteuttavilta yksittäisiltä ilmentymiltä, mutta sattumanvaraisten tapausten totuusarvo tiedetään vasta sitten, kun kaikki yksittäistapaukset on tarkastettu. Kolmas humelaisen lähestymistavan mukainen ratkaisu on katsoa lakien olevan sellaisia tosia yleistyksiä, jotka voidaan sovittaa ideaaliin tiedon systemaattiseen kokonaisuuteen, ja sattumanvaraisten yleistysten olevan sellaisia tosia yleistyksiä, joita ei voida selittää tällaisen ideaaliteorian puitteissa.[5]
Toiset filosofit, kuten D. M. Armstrong, Fred Dretske ja Michael Tooley, ovat hylänneet humelaisen lähestymistavan, ja katsoneet, että laeilla tulee olla jotain sellaista sisältöä jossa on kyse jostain enemmästä kuin pelkästä asioiden säännönmukaisista esiintymistä. Eräs ehdotus on, että lait ilmaisevat ominaisuuksien välisiä välttämättömyyksiä. Tällaisia välttämättömyyksiä ei kuitenkaan voida tuntea apriorisesti vaan empiirisesti, aposteriorisesti.[5]
[muokkaa] Tulkintoja
[muokkaa] Lait määritelminä
Eräät hyvin keskeiset tieteelliset lait ovat yksinkertaisesti määritelmiä. Esimerkiksi mekaniikan keskeinen laki F = dp/dt (Isaac Newtonin mekaniikan toinen laki) on samalla voiman matemaattinen määritelmä. Vaikkakin voiman käsite on Newtonin lakia varhaisempi, tällaista matemattista määritelmää ei ollut käytettävissä ennen Newtonia. Tällaisia matemaattisia määritelmiä ovat laeista myös muun muassa pienimmän vaikutuksen periaate, Schrödingerin yhtälö ja Heisenbergin epätarkkuusperiaate.
[muokkaa] Lait matemaattisen symmetrian seurauksina
Eräät toiset lait heijastelevat luonnossa havaittavissa olevaa matemaattista symmetriaa. Esimerkiksi Paulin kieltosääntö heijastelee elektronien luonteeseen liittyvää symmetrisyyttä, säilymislait heijastelevat aika-avaruuden homogeenisuutta, ja Lorentz-muunnokset heijastelevat aika-avaruuden symmetrisyyttä kierrettäessä.
[muokkaa] Lait likiarvoina
Jotkut lait ovat vain yleisempien lakien likiarvoja, joita voidaa soveltaa hyvin jollakin rajatulla alueella. Esimerkiksi Newtonin dynamiikka (joka perustuu Galilei-muunnoksiin) on yleisen suhteellisuusteorian likiarvo selvästi valon nopeutta alemmissa nopeuksissa, koska Galilei-muunnos on Lorentz-muunnoksen likiarvo näillä nopeuksilla. Vastaavasti Newtonin vetovoimalaki on yleisen suhteellisuusteorian likiarvo pienillä massoilla, ja Coulombin laki on kvanttisähködynamiikan likiarvo. Tällaisissa tapauksissa on yleistä käyttää edelleen yksinkertaisempaa likiarvoista versiota laista täsmällisemmän ja yleisemmän lain sijaan.
[muokkaa] Esimerkkejä
Eräitä fysiikan tunnetuimmista laeista ovat Isaac Newtonin lait, jotka ovat nykyisin osa klassista mekaniikkaa, Boylen laki kaasuille, sekä termodynamiikan neljä peruslakia.
Fysiikan lakeihin kuuluvat muun muassa:
[muokkaa] Katso myös
- Kausaliteetti
- Peittävän lain malli eli deduktiivis-nomologinen malli
[muokkaa] Lähteet
- Davies, Paul: The Mind of God: The Scientific Basis for a Rational World. Simon & Schuster, 1991. ISBN 0-671-79718-2.
- Feynman, Richard: The Character of Physical Law. M.I.T. Press, 1965.
[muokkaa] Viitteet
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Rosenberg, Alex: Philosophy of science: a contemporaty introduction, s. 32. 2nd edition. New York, London: Routledge, 2005. ISBN 0-415-34317-8.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Davies 1992, s. 82.
- ↑ Davies 1992, s. 83.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Feynman 1965, s. 59.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Papineau, David: ”Laws, natural or scientific”. Teoksessa Honderich, Ted (toim.): The Oxford Companion to Philosophy. New edition. New York: Oxford University Press, 2005. ISBN 0-19-926479-1.
[muokkaa] Aiheesta muualla
- Baaquie, Belal E.: Laws of Physics: A Primer. Core Curriculum, National University of Singapore (englanniksi)
- Carroll, John W.: Laws of Nature The Stanford Encyclopedia of Philosophy. The Metaphysics Research Lab. Stanford University. (englanniksi)
- Francis, Erik Max: The laws list. Physics. Alcyone Systems (englanniksi)
- Pazameta, Zoran: The laws of nature. Committee for the scientific investigation of Claims of the Paranormal (englanniksi)
