科学定律
kē xué dìng lǜ
科学定律是一种简明的陈述,往往是数学形式的,它描述自然界中一贯出现的规律,却并不解释这种规律为什么会发生。
Definition
科学定律是一条描述自然界中始终以同样方式发生的事情的规则;它告诉你发生了什么,而不是为什么发生。它是一种陈述,往往是一个方程,描述在特定条件下被观察到一贯成立的关系,它并不比理论更“高级”,也不会变成理论。定律是描述性的而非解释性的,解释的工作由理论承担,一条定律有时可以作为理论的极限情形被推导出来。定律的检验方式是查看测得的量是否在实验不确定度范围内满足所陈述的关系,而持续出现的违反并不会废除这条定律,只会重新界定它的适用范围。
Example
质量守恒定律说,把 $5\ \text{g}$ 盐溶解在 $100\ \text{g}$ 水中会得到 $105\ \text{g}$ 盐水,没有任何东西凭空消失。牛顿第二定律 $F = ma$ 预测:如果沿斜面方向的合力翻倍,小车的加速度也会翻倍,一个小组可以通过在不同角度下给小车计时来检验这一点。机械能守恒预测无摩擦小车的速度为 $v = \sqrt{2gh}$,实测值 $2.6\ \text{m/s}$ 相对于预测值 $2.8\ \text{m/s}$ 并没有推翻这条定律;它只说明无摩擦的条件没有满足,而把摩擦和转动所损失的能量计算进去之后,平衡就恢复了。
Key Insight
定律是一种非常可靠的描述,而背后的原因则是理论的工作。定律有其适用边界:质量守恒对盐水实验成立,但对于核反应,质量和能量必须放在一起计算。当一次测量看似打破了一条定律时,首先应该怀疑的是假设条件和仪器,因为经受住了几个世纪检验的定律,通常是最不可能出错的那一环。