Llei de la física

Archiu:Newtons cradle animation book.gif

Llei de la física

Una llei de la física, llei física o llei natural és un enunciat que descriu una relació específica i immutable entre entitats físiques, que va ser establida sobre la base d'evidència empírica i fets concrets, aplicable a un grup definit de fenomens i condicions. Freqüentment per a la major part de les lleis de la física es dispon ademés d'una teoria física que permet deduir dita llei de consideracions més abstractes.

Les lleis físiques solen ser conclusions basades en observacions i experiments científics repetits a lo llarc de varis anys i que han segut acceptats per la comunitat científica. La creació d'una descripció sumaria del nostre entorn és una de les aspiracions fonamentals de la ciència. No tots els autors utilisen estos térmens d'igual forma.

Tant el concepte de llei natural en sentit polític llegal com el de llei natural o física en el sentit científic deriven de la paraula grega phýsis (que es traduïx al llatí com «natūra»). La distinció entre abdós és una noció moderna.

Descripció

S'han identificat vàries propietats generals de les lleis físiques com s'ha senyalat, encara que algunes de les caracterisació no són originals d'estos autors. Les lleis físiques són:

• Verdaderes, a lo manco en el seu àmbit de validea. Per definició, mai s'han produït observacions repetides que les contradiguen.
• Universals. Poden aplicar-se en qualsevol lloc de l'univers. (Davies, 1992:82)
• Simples. Normalment s'expressen en térmens d'una sola equació matemàtica. (Davies)
• Absolutes. Res en l'univers sembla afectar-los. (Davies, 1992:82)
• Estables. No han canviat des de que es varen descobrir (encara que s'haja demostrat que eren aproximacions a lleis més precises; vore avall «Lleis com a aproximacions»),
• Omnipotents. Aparentment, tot en l'univers les complix (segons les observacions). (Davies, 1992:83)
• En general, conserven la magnitut. (Feynman, 1965:59)
• En freqüència, expressen homogeneïtat (simetrias) existents del espai i el temps. (Feynman)
• En teoria, solen ser reversibles en el temps (si no són quàntiques), encara que el propi temps és irreversible. (Feynman)

Les lleis físiques es distinguixen de les teories científiques per la seua simplicitat. Les teories científiques solen ser més complexes que les lleis, es componen de vàries parts i és més provable que sofrixquen canvis en realisar-se més anàlisis i aumentar el número de senyes experimentals. Açò succeïx perque una llei física és una observació sumaria de fets estrictament empírics, mentres que una teoria és un model que registra les observacions, les explica, les relaciona en atres observacions i fa prediccions ponderables basades en ella. Definint-la de forma simple, una llei registra que alguna cosa succeïx, mentres que una teoria explica per qué i cóm succeïx.

Eixemples.

Algunes de les lleis més famoses de la naturalea es troben en les teories d'Isaac Newton de la (hui) mecànica clàssica presentades en la seua Philosophiæ naturalis principia mathematica, i en la teoria de la relativitat d'Albert Einstein. Atres eixemples de lleis naturals serien la llei de Boyle-Mariotte dels gasos, les lleis de conservació, les quatre lleis de la termodinàmica, etc.

Naturalea de les lleis físiques

Esta secció presenta una classificació de les lleis físiques en diferents tipos, i que al mateix temps pretén donar conte de perqué són universals, estables i absolutes. No obstant, a partir de el XX i el descobriment de la mecànica quàntica, l'epistemologia de les lleis físiques va ser objecte de cert debat (encara sense tancar), sobre cual és la naturalea de la lleis físiques Este debat es reflectix en la diferencia postures entre Albert Einstein i Niels Bohr sobre la pròpia mecànica quàntica. Per un costat, Einstein sostenia que les lleis deuen explicar lo real, mentres que Bohr recolzava una explicació minimalista, cridada interpretació de Copenhague. Igualment, abans de la mecànica quàntica es considerava que el principi de causalitat era inherent a les lleis físiques, encara que açò ha segut posat en dubte a la llum de la pròpia mecànica quàntica i la teoria quàntica de camps.

Lleis com a conseqüència de simetria matemàtiques

Atres lleis reflectixen simetria matemàtiques que es troben en la naturalea (per eixemple, el principi d'exclusió de Pauli reflectix l'identitat dels electrons, les lleis de conservació reflectixen la homogeneïtat del espai, la transformació de Lorentz reflectix la simetria rotacional del espai-temps). Les lleis es comproven constantment de forma experimental per a alcançar graus cada volta majors d'exactitut. Est és un dels principals objectius de la ciència. El fet de que mai s'haja incomplit una llei concreta no exclou que se seguixca ensajant en major precisió i en distintes condicions per a confirmar si se seguix complint, si falla i qué pot deprendre's en el procés. Sempre existix la possibilitat de que una llei s'invalide o es descobrixca que té llimitacions per mig d'evidències experimentals i repetibles. No obstant, és poc provable que hi haja canvis fonamentals en una llei, ya que d'entrada implicarien un canvi en els fets experimentals dels que va derivar.

Certament, en alguns casos concrets s'han invalidat lleis ben establides, pero pot dir-se que les noves formulació creades per a explicar les discrepàncies generalisen, i no revoquen, estes lleis. Açò significa que s'ha descobert que les lleis invalidades solament eren aproximacions propenques (vore avall) a les que es deuen afegir atres térmens o factors que contemplen condicions que no s'havien considerat prèviament, per eixemple, escales molt grans o molt chicotetes de temps o espai, cantitats enormes de massa o velocitat, etc. Per tant, en lloc d'un coneiximent inalterable, les lleis físiques es veuen més com una série de generalisacions susceptibles de millorar i de fer-se més precises.

Moltes lleis físiques fonamentals són conseqüències matemàtiques de distintes simetrias de l'espai, el temps o atres aspectes de la naturalea. Una de les estratègies per a investigar lleis fonamentals de la naturalea és buscar el grup més general de simetria matemàtica que pot aplicar-se a les interaccions fonamentals.

Lleis com a aproximacions

Algunes lleis són solament aproximacions a atres lleis més generals en un domini restringit de aplicabilidad. Per eixemple, la dinàmica de Newton és una aproximació a la relativitat a una velocitat llimitada, la gravitació de Newton és una aproximació a la relativitat general en condicions de baixa massa, i la llei de Coulomb és una aproximació a l'electrodinàmica quàntica en grans distàncies. En estos casos, lo normal és utilisar les versions aproximades de les lleis, més simples, en lloc de les lleis generals més precises.

Un atre cas interessant, és el del segon principi de la termodinàmica, a voltes considerat com una "llei física" sense excepcions, encara que realment el teorema de recurrencia de Poincaré prediu que en molts casos apareixeran tals violacions. I el teorema sobre la fluctuació d'entropía posa llímits a la provabilitat d'observar cert tipo de disminució.