„Physikalisches Gesetz“ – Versionsunterschied

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Ein '''physikalisches Gesetz''' beschreibt in allgemeiner Form, wie die [[Physikalische Größe|physikalischen Größen]], welche die [[Zustand (Physik)|Zustände]] eines [[Physikalisches System|physikalischen Systems]] charakterisieren, miteinander zusammenhängen und sich gegebenenfalls ändern. Im Allgemeinen wird dies in [[Mathematik|mathematischer]] Form ausgedrückt. Im physikalischen Kontext werden diese Gesetze auch als [[Naturgesetz]]e bezeichnet bzw. mit diesen identifiziert.
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Ein '''physikalisches Gesetz''' beschreibt in allgemeiner Form, wie die [[Physikalische Größe|physikalischen Größen]], welche die [[Zustand (Physik)|Zustände]] eines [[Physikalisches System|physikalischen Systems]] charakterisieren, miteinander zusammenhängen und sich gegebenenfalls ändern. Im Allgemeinen wird dies in [[Mathematik|mathematischer]] Form ausgedrückt.
 
Innerhalb seines Gültigkeitsbereichs gilt ein physikalisches Gesetz mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit. Dieser Gültigkeitsbereich wird durch gezielte physikalische [[Experiment]]e und [[Beobachtung]]en geprüft. Wenn deren Ergebnisse mit den Erwartungen übereinstimmen, gilt das Gesetz als [[Bestätigung (Wissenschaftstheorie)|bestätigt]].
 
Jedes physikalische Gesetz ist Teil einer physikalischen [[Theorie]], die einheitlich und widerspruchsfrei sein soll. Eine Theorie, deren Vorhersagen noch nicht bestätigt werden konnten, wird [[Hypothese]] genannt (wie beispielsweise die [[Stringtheorie]]). Eine geschlossene Theorie ist die Gesamtheit von Gesetzen, die ein Gebiet vollständig beschreiben. So beschreiben z. B. die [[Maxwell-Gleichungen|Maxwellschen Gleichungen]] – in ihrem Gültigkeitsbereich – die gesamte klassische [[Elektrodynamik]].
 
Die wissenschaftlich akzeptierten physikalischen Gesetze bestimmten das materielle [[Weltbild]] etwa von der Mitte des 19. bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts. Sie standen im Gegensatz zur Auffassung, dass Naturvorgänge durch Einwirkungen beeinflusst werden können, die von außerhalb des als Natur verstandenen Systems stammen (z. B. durch höhere Wesen). Seither herrscht die Ansicht vor, dass physikalische Gesetze statistische Geltung besitzen, also je nach den betrachteten Phänomenen und der Art ihrer Beobachtung mit höherer oder geringerer [[Wahrscheinlichkeit]] zutreffen. Physikalische Gesetze gelten daher als [[Paradigma]] für [[Naturgesetz]]e. Ob sich jedoch alle wissenschaftlichen Regeln auf physikalische Gesetze zurückführen lassen, und welcher ontologische Statuts ihnen zukommt, ist Gegenstand [[Wissenschaftstheorie|wissenschaftstheoretischer]] Debatten (siehsiehe auch [[Wissenschaftlicher Realismus]]).
 
== Physikalische Gesetze und Naturgesetze ==
== Zeitgenössische Standpunkte zum Begriff des Naturgesetzes ==
{{Lückenhaft}}<!-- hier wäre eine bessere Abgrenzung zwischen wissenschaftlichem Gesetz (im Sinne der Einleitenden Definition und Naturgesetz (sowohl im weiteren Sinne, als auch im sinne des ontischen Korrelats) erforderlich -->
 
{{Hauptartikel|Naturgesetz}}
Die Physik beschreibt Verhaltensregularitäten ihrer Beobachtungsobjekte, ohne darüber Auskunft zu geben, wie sich Naturgesetze in ein umfassendes Weltbild einfügen könnten. Diese Aufgabe übernimmt die [[Metaphysik]] bzw. [[Naturphilosophie]].
Die Physik beschreibt Verhaltensregularitäten ihrer Beobachtungsobjekte, ohne darüber Auskunft zu geben, wie sie sich als Naturgesetze in ein umfassendes Weltbild einfügen könnten. Diese Aufgabe übernimmt die [[Metaphysik]] bzw. [[Naturphilosophie]]. Die Bezeichnung Natur„gesetz“„Gesetz“ legt womöglich nahe, die Natur verhalte sich ähnlich wie eine Person unter dem Zwang von Gesetzen, die ein intelligentes Wesen erlassen hat. Eine solche Vorstellung wird als [[Okkasionalismus]] bezeichnet. Dabei sindwurden Naturgesetzedie Gesetzmäßigkeiten als Handlungsregeln Gottes angesehen, die dieser zu bestimmten (allerdings berechenbaren) Gelegenheiten aus seinem freien Willen heraus wahr werden lässt. So eine Denkweise wurde im 17.&nbsp;Jahrhundert diskutiert, ist aber aufgrund des [[Atheismus#Bedeutung im Wissenschaftskontext|methodischen Atheismus]] innerhalb der Wissenschaftstheorie heute praktisch bedeutungslos. In der gegenwärtigen, [[Naturalismus (Philosophie)|naturalistischen]] Naturphilosophie bzw. Metaphysik werden hauptsächlich drei Ansätze diskutiert, die Naturgesetze im modernen physikalischen Sinne beschreiben sollen: Die [[Regularitätstheorie (Philosophie)|Regularitätstheorie]], welche etwa von [[David Kellogg Lewis]] in Anlehnung an [[David Hume]] formuliert wird, die anti-Humesche Theorie von [[Fred Dretske]], [[Michael Tooley]] und [[David Armstrong]] (DTA-Theorie), sowie die [[Disposition (Philosophie)|dispositionale Theorie]], welche etwa von [[Alexander Bird]] vertreten wird. Die Debatte wird unter anderem darüber geführt, ob Naturgesetze eine [[Modalität (Philosophie)|modale Kraft]] besitzen, also aufgrund einer bestimmten Ursache eine bestimmte Wirkung erzwingen können oder ob sie tatsächlich bloße Beschreibungen beobachteter, aber letztendlich willkürlicher Regularitäten in der Welt sind. Die Regularitätstheorie steht auf letzterem Standpunkt. Sie sieht die Welt metaphorisch als ein [[Humesches Mosaik|Mosaik]] aus isolierten Einzelfakten, die zwar insgesamt ein Muster ergeben mögen, in dem die Einzelfakten aber dennoch in keinem notwendigen, d.&nbsp;h. im eigentlichen Sinne gesetzmäßigen, Zusammenhang stehen. Anhänger der DTA-Theorie nehmen eine Gegenposition ein. Die Dispositionalisten hingegen verstehen Naturgesetze als Dispositionen, d.&nbsp;h. als natürliche Neigungen der einzelnen Objekte, bestimmte Verhaltensweisen zu zeigen.
 
Eng verbunden mit der Diskussion um das Verständnis von Naturgesetzen ist die Debatte um das Verhältnis von [[Kausalität|Ursache und Wirkung]] zum modernen Verständnis von Naturwissenschaft: So beschreibt etwa das sogenannte [[Russell-Mach-Problem]] den scheinbaren Widerspruch zwischen der [[Intuition|intuitiven]] Annahme einer zeitlich unumkehrbaren Kausalität und der prinzipiellen Umkehrbarkeit und Zeitlosigkeit von modernen physikalischen Gesetzen.
 
Ein bekannt gewordener und häufig diskutierter Ansatz zur Darstellung der Art und Weise, wie Naturgesetze einzelne Ereignisse erklären, liefert das [[Deduktiv-nomologisches Modell|Hempel-Oppenheim-Schema]].
 
Diskussionsgegenstand ist weiterhin, inwiefern es prinzipiell nur physikalische Naturgesetze gibt oder ob auch Regeln und Gesetze anderer Wissenschaften Naturgesetze mit vergleichbaren strengen Geltungsanspruch sein können. Versuche, unabhängige Naturgesetze, etwa in der Biologie oder der Psychologie, als Spezialfälle allgemeiner physikalischer Gesetze zu verstehen, werden in der Literatur als eine Art von [[Reduktionismus]] bezeichnet. Ein Argument für den Reduktionismus ist etwa, dass die Physik den Anspruch erhebe, in der gesamten Wirklichkeit gültig zu sein, während die anderen Wissenschaften nur begrenzte Spezialgebiete der Welt zum Gegenstand haben, also sogenannte ''special sciences'' seien. Ein moderner Vertreter einer Reduktion dieser Art ist etwa der Wissenschaftstheoretiker [[Ernest Nagel]]. Die Frage, wie denn in einem physikalistischen Weltbild die Erkenntnisse und Regeln der übrigen Wissenschaften einzuordnen sind, führt in der Philosophie zur Ausformulierung unterschiedlicher Konzepte von [[Emergenz]] und [[Supervenienz]]. Zentraler Diskussionsgegenstand ist die Vorstellung von multipler Realisierbarkeit gleichartiger biologischer oder sozialer Phänomene, ausgehend von unterschiedlichen physikalischen Grundlagen. So kann von zwei Kirchen eine aus Holz und eine aus Stein bestehen, also offensichtlich unterschiedliche physikalische Grundlagen haben. Dennoch werden sie aus soziologischer, religionswissenschaftlicher oder theologischer Sicht als zwei Vertreter der gleichen Gattung von Forschungsobjekt gelten. Ebenso kann ein Buch als gedrucktes Exemplar, als E-Book oder als Hörbuch vorliegen, aber dennoch literaturwissenschaftlich als gleiches Werk angesehen werden. Eine gemäßigte Form des Physikalismus geht davon aus, dass identische physikalische Grundlagen zu gleichen nicht-physikalischen Folgen führen, aber umgekehrt unterschiedliche physikalische Grundlagen zu gleichartigen Objekten anderer Wissenschaften führen können, also auf multiple Weise realisierbar sind. Diese Position, bekannt als [[Funktionalismus (Philosophie)|Funktionalismus]], ist in der Wissenschaftstheorie heute weit verbreitet und wurde ursprünglich von [[Hilary Putnam]] und [[Jerry Fodor]] formuliert, um das Verhältnis von psychologischen Geschehnissen wie Gefühlen und Gedanken durch neurologische Vorgänge zu verstehen. Aufgrund der Argumente von Putnam und Fodor vertritt etwa [[Elliott Sober]] eine gemäßigte Form von Reduktionismus in der Biologie.
 
== Physikalische Gesetze als Spiegel des wissenschaftlichen Fortschritts ==
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Eine andere Art des wissenschaftlichen Fortschritts zeigt sich etwa im Übergang von der [[klassische Mechanik|klassischen Mechanik]] zur [[Relativitätstheorie]]. Hier wurden Begriffe und Gesetze, die als unumstößlich und allgemeingültig angenommen worden waren, als nur näherungsweise gültiges Modell für ein begrenztes Gebiet erkannt, in diesem Fall für kleine Geschwindigkeiten und Massen.
 
In diesem Sinne wird nach „letzten“ grundlegenden und allgemeingültigen Gesetzen gesucht. Beispiele für diese Bemühungen sind [[Stringtheorie]], [[Quantengravitation]] und [[Große vereinheitlichte Theorie]]; geltensie als Beispiele für diese Bemühungen,alle sind aber bisher noch [[hypothetisch]]. Ein Weltgesetz, mit dem „alles“ erklärt und aufgebaut werden kann, wäre vergleichbar den [[Axiom]]en der Mathematik.
 
== Beispiel: Formulierung eines Gesetzes ==
Um die Vorgänge exakt zu beschreiben, werden Naturgesetze meist [[Mathematik|mathematisch]] formuliert. Ein Beispiel dafür ist das [[Gravitation]]sgesetz von [[Isaac Newton]]. Es lautet: Die Anziehungskraft ''F'' zwischen zwei Massen <math>m_1</math> und <math>m_2</math> ist proportional derzur Größe der Massen und umgekehrt proportional zum Abstandquadrat <math>r^2</math>.
 
:<math> F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}.</math>
 
''G'' ist dabei ein Proportionalitätsfaktor, der die Massen <math>m_1</math> und <math>m_2</math> und das Inverse des Abstandsquadrats <math> 1/{r^2}</math> miteinander in Relation setzt.
Da dieser als [[Gravitationskonstante]] bezeichnete Faktor in allen untersuchten physikalischen Systemen denerfahrungsgemäß exaktden gleichen Wert besitzt und eine fundamentale physikalische [[Grundkräfte der Physik|Wechselwirkung]] (die Anziehung von Massen untereinander) beschreibt, spricht man von einer [[Physikalische Konstante|Naturkonstanten]].
 
== Beispiele für physikalische Gesetze ==
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* Die Hauptsätze der [[Thermodynamik]]
* [[Thermische Zustandsgleichung idealer Gase]]
* [[Ohmschesohmsches Gesetz]]
 
== Abgrenzung ==
 
Die Abgrenzung zwischen Naturgesetzen und anderen bestätigten oder bewiesenen [[Theorem]]en ist nicht immer scharf.
 
Viele mathematische Sätze haben Implikationen und Anwendungen, die in der Naturwissenschaft oder im Ingenieurwesen von zentraler Bedeutung sind. So ist der Satz ''Die Winkelsumme im Dreieck in der Ebene beträgt 180 Grad'' kein Naturgesetz, sondern ein mathematischer Lehrsatz, der auf gewissen Grund[[axiom]]en der [[Geometrie]] beruht.
 
In den angewandten Wissenschaftszweigen und der Technik verwendet man zudem zahlreiche Formeln, die gewisse Zusammenhänge zwischen physikalischen [[Messgröße]]n hinreichend exakt beschreiben, ohne dass die zugrunde liegenden Zusammenhänge eindeutig klar sind. Sie ergeben für die bekannten Anwendungsfälle angenäherte Werte mit einer Genauigkeit, die für den Anwendungszweck ausreicht ([[Erfahrungswert]]e). Solche Formeln werden [[empirische Formel]]n oder ''empirische Gesetze'' genannt. Diese Formeln sind keine Gesetzmäßigkeiten im physikalischen Sinne, ihnen fehlt die theoretische Grundlage. Teilweise handelt es sich jedoch um [[Idealisierung (Physik)|Idealfälle]] oder Vereinfachungen von Naturgesetzen, deren Ungenauigkeit sich in bekanntem Rahmen hält, und für eine spezifische Anwendung hinreichend genau ist. Andererseits müssen empirische Formeln oder Formelsätze aber nicht einmal unbedingt auf die korrekten Einheiten Rücksicht nehmen und benutzen oft ebenso empirische [[Dimensionslose Kennzahl|Kenngrößen]] (dimensionslose Kennwerte). Einen Extremfall davon bilden sogenannte [[Faustregel]]n.
 
== Literatur ==
* [[Carl Gustav Hempel]]: ''Aspects of Scientific Explanation'', New York: Free Press 1965.
* [[Gerhard Vollmer]]: ''Was sind und warum gelten Naturgesetze?'' - Philosophia naturalis, Journal for the Philosophy of Nature, Dez. 2000, Band 37/2 - ([http://pauli.uni-muenster.de/tp/fileadmin/lehre/Seminar_Philosophie/Berghoff.pdf Zusammenfassung]; PDF-Datei; 426&nbsp;kB)
* [[Nancy Cartwright (Philosophin)|Nancy Cartwright]]: ''How the Laws of Physics Lie'', Oxford University Press 1983.
* [[Erwin Schrödinger]]: ''Was ist ein Naturgesetz?'' - Beiträge zum naturwissenschaftlichen Weltbild - 5. Aufl. - München : Oldenbourg, 1997. (Scientia nova) - ISBN 3-486-56293-2
* [[Richard P. Feynman]]: ''Vom Wesen physikalischer Gesetze''. Piper, München 1990, ISBN 3-492-03321-0.
* [[David Armstrong]]: ''What Is a Law of Nature?'', Cambridge University Press, 1983 <small>S. L. Goldman: [http://www.sfu.ca/philosophy/physical-law/goldman.htm Review]</small>
* Markus Schrenk: ''Metaphysics of Science: A Systematic and Historical Introduction'', Routledge 2016 (Annotated Edition), ISBN 978-1844655939.
* [[Alfred Jules Ayer]]: ''What is a law of nature?'', in: Revue Internationale de Philosophie 10 (1956), 144-65, auch in: Curd/Cover 1998
* Siegfried Jaag, Markus Schrenk: ''Naturgesetze'' (Reihe: Grundthemen Philosophie). De Gruyter 2020. ISBN 978-3-11-051678-4.
* [[Helen Beebee]]: ''The Non-Governing Conception of Laws of Nature'', in: Philosophy and Phenomenological Research 61 (2000), 571-594.
* [[Nancy Cartwright (Philosophin)|Nancy Cartwright]]: ''How the Laws of Physics Lie'', Oxford University Press 1983
* M.Curd, J. A. Cover (Hgg.): ''Philosophy of Science: The Central Issues'', W.W. Norton & Company 1998, v.&nbsp;a. 808-877
* [[Fred Dretske]]: ''Laws of Nature'', in: Philosophy of Science 44 (1977), 248-268.
* John Foster: ''The Divine Lawmaker: Lectures on Induction, Laws of Nature, and the Existence of God'', Oxford: Clarendon Press, 2004. <small>Evan Fales: [http://ndpr.nd.edu/review.cfm?id=4943 Review], in: Notre Dame Philosophical Reviews 2004</small>
* R.N. Giere: ''Science Without Laws'', Chicago: University of Chicago Press 1999
* [[Carl Gustav Hempel]]: ''Aspects of Scientific Explanation'', New York: Free Press 1965
* [[William Kneale]]: ''Natural Laws and Contrary-to-Fact Conditionals'', in: Analysis 10 (1950), 121-25.
* M. Lange: ''Natural Laws in Scientific Practice''. Oxford: Oxford University Press 2000
* [[John Leslie Mackie]]: ''The Cement of the Universe'', Oxford University Press 1974
* S. Mumford: ''Laws in Nature'', Routledge <small>Stathis Psillos: [http://www.phs.uoa.gr/~psillos/Publications_files/Mumford-notice.doc Review]</small>
* [[Karl Popper]]: ''A Note on Natural Laws and So-Called Contrary-to-Fact Conditional'', in: Mind 58 (1949), 62-66.
* [[Patrick Suppes]] (Hg.): ''The Structure of Scientific Theories'', Urbana: University of Illinois Press 2. A. 1977
* [[Michael Tooley]]: ''The Nature of Laws'', in: Canadian Journal of Philosophy 7 (1977), 667-698
* [[Bas van Fraassen]]: ''Laws and Symmetry'', Oxford: Clarendon Press 1989
 
=== Populäre Literatur ===
* [[Richard P. Feynman]]: ''Vom Wesen physikalischer Gesetze''. Piper, München 1990 ISBN 3-492-03321-0
 
== Weblinks ==
* {{DNB-Portal|4139909-2}}
{{Wikiquote|Physikalisches Gesetz}}
* Yuri V. Balashov: {{webarchive| url=http://www.phil.uga.edu/faculty/balashov/papers/dta.pdf |wayback=20120917004427 |text=What is a Law of Nature? The Broken-Symmetry Story}}, in: The Southern Journal of Philosophy 40 (2002), 459-473
* {{SEP|http://plato.stanford.edu/entries/laws-of-nature/|Laws of Nature|John W. Carroll}}
* John W. Carroll: [http://www4.ncsu.edu/~carroll/HumeCross3shorter.pdf Nailed to Hume's Cross?] (PDF-Datei; 89&nbsp;kB), in: [[John Hawthorne]], [[Ted Sider]], [[Dean Zimmerman]] (Hgg.): ''Contemporary Debates in Metaphysics'', Oxford: Basil Blackwell 2007
* [[Nancy Cartwright (Philosophin)|Nancy Cartwright]]: {{webarchive |url=http://personal.lse.ac.uk/cartwrig/Papers/Laws.pdf |wayback=20070610165254 |text=Philosophy of Science: Laws}}
* [[Antony Eagle]]: {{webarchive |url=http://users.ox.ac.uk/~sfop0118/teaching/cause-exp/cause-exp-3.pdf |wayback=20120419104300 |text=Laws of Nature}} (Seminarunterlagen: Causation and Explanation, Oxford 2005)
* W. Russ Payne: {{webarchive |url=http://facweb.bcc.ctc.edu/wpayne/lawsfull.htm |wayback=20080704080908 |text=What a Law of Nature is}}
* Jonathan Schaffer: [http://www.jonathanschaffer.org/reductionism.pdf ''Causation and Laws of Nature: Reductionism''], in: Hawthorne/Sider/Zimmerman 2007
* Markus Schrenk: [http://www.bris.ac.uk/metaphysicsofscience/bibliographies/lawsofnaturebibliographies.html Bibliography on Laws of Nature], AHRC, Nottingham 2011.
<!-- * [http://www.thur.de/philo/physgesetz.htm A. Schlemm: ''Physikalische Gesetze''] -->
* {{IEP|http://www.iep.utm.edu/l/lawofnat.htm|Laws of Nature|Norman Swartz}}
<!-- * [http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d01_2/autonomie.htm Ernst Mayr: Die Autonomie der Biologie (2002)] -->
<!-- * [http://www.falter.at/heureka/archiv/01_6/08.php ''Gesetzlose Wissenschaften?'' sechs Positionen] -->
* Joe LoVetri: [http://mspace.lib.umanitoba.ca/bitstream/1993/281/1/Chapter2.pdf On the Metaphysics of Laws of Nature], Diss. Winnipeg, Manitoba 1993
 
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* [http://philsci-archive.pitt.edu/view/subjects/laws-of-nature.html Aufsätze] zum Thema ''Laws of Nature'' in PhilSci Archive
 
=== Videos ===
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