什么是科学定律？

一般来说，科学定律是对观察到的现象的描述。它没有解释为什么这种现象存在或是什么原因造成的。对一种现象的解释称为。认为理论经过足够的研究就能变成规律，这是一种误解。

印度罗斯-哈尔曼理工学院生物学和生物医学工程副教授彼得·科平格（Peter Coppinger）说：“在科学领域，法律是一个起点。” “从那里，科学家们可以提出问题，‘为什么以及如何？’”

科学理论和科学定律之间的区别

许多人认为，如果科学家找到支持假设的证据，假设就会升级为理论，如果发现理论是正确的，它就会升级为定律。但事实并非如此。事实、理论和法律——以及假设——是事物的独立元素。。尽管它们可能会进化，但它们不会升级为其他东西。

”理论和规律就像苹果、橘子和金橘：不管施多少肥和水，一个都不能长成另一个。”加州大学伯克利分校。假设是对狭隘现象的潜在解释；一个是适用于多种现象的深入解释。根据以下观点，定律是关于观察到的现象或统一概念的陈述肯尼索州立大学。

“科学有四个主要概念：事实、假设、定律和理论，”科平格告诉《生活科学》。

尽管科学定律和理论得到了大量的支持尽管这被该科学研究领域的大多数科学家所接受，并有助于统一该数据体，但它们不是同一件事。

“定律是对自然现象的描述——通常是数学描述，例如牛顿万有引力定律或孟德尔独立分类定律。这些定律只是描述了观察结果，而不是它们如何或为何起作用，”科平格说。

科平杰指出，定律被发现于在17世纪。该定律从数学上描述了宇宙中两个不同物体如何相互作用。然而，牛顿定律并没有解释引力是什么或者它是如何工作的。直到三个世纪后，阿尔伯特·爱因斯坦才提出了理论，科学家们开始了解重力是什么以及它是如何工作的。

“牛顿定律对科学家很有用，因为天体物理学家可以利用这个已有数百年历史的定律将机器人登陆火星。但它并没有解释重力是如何工作的，或者它是什么。同样，孟德尔的独立分类定律描述了不同的特征如何从父母传递给后代，而不是它如何或为什么发生，”科平格说。发现两种不同的遗传特征会在不同的后代中彼此独立地出现。 “然而，孟德尔一无所知或者。直到一个世纪后，科学家们才发现了DNA和染色体——孟德尔定律的生化解释。直到那时，TH·摩根等科学家通过研究果蝇，利用染色体遗传理论解释了独立分类定律。直到今天，这仍然是孟德尔定律的普遍接受的解释（理论），”科平格说。

科学定律和科学事实之间的区别有点难以定义，尽管定义很重要。事实是简单的、一次性的观察结果，并已被证明是正确的。法律是基于各种事实和经验证据对自然世界中两个或多个事物之间关系的概括观察，通常被框架为数学陈述。美国宇航局。

例如，“苹果从这棵苹果树上掉下来”被认为是一个事实，因为它是一个可以证明的简单陈述。 “任何两个物体（如苹果和地球）之间的引力强度取决于物体的质量和它们之间的距离”是一条定律，因为它描述了两个物体在特定情况下的行为。如果情况发生变化，那么法律的含义也会发生变化。例如，如果苹果和地球缩小到亚原子大小，它们的行为就会不同。

科学定律和数学

许多科学定律可以归结为数学方程。例如，牛顿万有引力定律指出：

F_克= G（米₁∙ 米₂) / d²

Fg为重力； G为万有引力常数，可测量； m1 和 m2 是两个物体的质量，d 是它们之间的距离，根据俄亥俄州立大学。

科学定律也常常受的概率。纽约阿尔伯特·爱因斯坦医学院教授西尔维娅·瓦瑟泰尔-斯莫勒说：“在数字很大的情况下，概率总是有效的。庄家总是赢。” “我们可以计算事件发生的概率，也可以确定我们对估计的确定程度，但精度和确定性之间总是需要权衡。这就是所谓的置信区间。例如，我们可以 95% 确定我们试图估计的内容在某个范围内，或者我们可以更确定（比如 99% 确定）它位于更广泛的范围内。就像在一般生活中一样，我们必须接受存在权衡。”

法律会改变吗？

一个想法成为法律并不意味着它不能通过未来的科学研究来改变。外行和科学家对“法律”一词的使用有所不同。当大多数人谈论法律时，他们指的是绝对的东西。科学定律要灵活得多。加州大学伯克利分校表示，它可能有例外、被证明是错误的或随着时间的推移而演变。

“一名优秀的科学家总是会问这样的问题：‘我怎样才能证明自己是错的？’”科平格说。 “关于万有引力定律或独立分类定律，不断的测试和观察已经‘调整’了这些定律。已经发现了例外。例如，当观察量子（亚原子）水平时，牛顿万有引力定律就失效了。当性状在同一条染色体上‘链接’时，孟德尔独立分类定律就失效了。”

科学定律的例子

• 能量守恒定律，即孤立系统中的总能量保持不变。换句话说，根据理论，能量不能被创造或毁灭。大英百科全书。
• 的法律，处理热和其他形式的能量之间的关系
• 牛顿万有引力定律，根据牛顿万有引力定律，任何两个物体都会相互施加引力温尼伯大学
• 天体物理学家表示，哈勃宇宙膨胀定律定义了星系距离与其远离我们的速度之间的关系孙女 A.巴考尔
• ，它指出浸没在流体中的物体所受的浮力等于该物体排开的流体的重量。

其他资源

• 此资源来自新南威尔士州教育标准局对科学理论和规律有深入的解释。
• 从这篇文章中找出为什么理论无法演变成法律印第安纳州公共媒体。
• 观看有关科学定律和科学理论之间差异的视频TEDEd。

参考书目

加州大学伯克利分校，“对科学的误解”。https://undsci.berkeley.edu/teaching/misconceptions.php

IMAGE 教育中心，“教师指南：理论、假设、定律、事实和信念”。https://www.nasa.gov/pdf/371711main_SMII_Problem23.pdf

俄亥俄州立大学，“第 18 讲：苹果和月亮：牛顿引力”。https://www.astronomy.ohio-state.edu/pogge.1/Ast161/Unit4/gravity.html

大英百科全书，“能量守恒”。 2021 年 11 月 16 日。https://www.britannica.com/science/conservation-of-energy

温尼伯大学，“牛顿万有引力定律”。 1997年。https://theory.uwinnipeg.ca/physicals/circ/node7.html

Neta A. Bahcall，“哈勃定律和膨胀的宇宙”，《美国国家科学院院刊》，第 112 卷，2015 年 3 月，https://doi.org/10.1073/pnas.1424299112