قانون علمي

تمثل القوانين العلمية أو قوانين العلم تعبيرات مستندة على ملاحظات أو تجارب متكررة، وتصف أو تتنبأ بنطاق معين من الظواهر الطبيعية. يُستخدم مصطلح قانون بطرق متنوعة في حالات عديدة (بشكل تقريبي أو دقيق أو واسع أو ضيق)، في كل مجالات العلوم الطبيعية (الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا وعلوم الأرض). تتطور القوانين من البيانات ويمكن أن تتطور بشكل أكبر من خلال الرياضيات؛ في كل الأحوال، تكون مستندة بشكل مباشر أو غير مباشر على دليل تجريبي. ومن المفهوم عمومًا أنها تعكس بشكل ضمني العلاقات السببية الأساسية للواقع، وتُكتشف لا تُخترع، على الرغم من عدم تأكيدها لذلك بشكل صريح.

تُلخص القوانين العلمية نتائج التجارب أو الملاحظات، عادة في نطاق معين من التطبيق. وبشكل عام لا يتغير دقة قانون ما عند تطوير نظرية جديدة ذات صلة بالظاهرة، بل بالأحرى يتغير مجال تطبيق القانون، لأن الرياضيات أو التعبيرات التي تعبر عن القانون لا تتغير. كما هو الحال في الأنواع الأخرى من المعرفة العلمية، لا تمتلك القوانين اليقين المطلق (كما تفعل المبرهنات والمطابقة الرياضية)، ومن الممكن دائمًا للملاحظات المستقبلية أن توسع من القانون أو تقيده أو تجعله متناقضًا. يمكن صياغة القانون عادة في عبارة/ معادلة أو أكثر، وبالتالي يمكن استخدامه للتنبؤ بنتيجة تجربة ما، بالنظر إلى ملابسات العمليات الجارية.

تختلف القوانين عن الفرضيات والمسلمات، والتي تُقترح خلال الإجراء العلمي، قبل وأثناء إثبات صحتها عن طريق التجريب والملاحظة. لا تمثل الفرضيات والمسلمات قوانينًا، لأنه لا يُتحقق منها بنفس الدرجة، على الرغم من أنها قد تؤدي إلى صياغة القوانين. يُعتبر نطاق القوانين أضيق من النظريات العلمية، والتي قد تستلزم قانونًا أو أكثر. يميز العلم بين القانون أو النظرية وبين الحقائق. فيعتبر وصف القانون بأنه حقيقة من الأمور الغامضة أو الملتبسة لفظيًا أو المبالغ فيها. لقد نوقشت طبيعة القوانين العلمية في الفلسفة بشكل كبير، لكن تعتبر القوانين العلمية في جوهرها استنتاجات تجريبية جاءت عن طريق المنهج العلمي؛ فليس من أهدافها أن تكون محملة بارتباطات أنطولوجية أو عبارات مطلقة من الناحية المنطقية.

نظرة عامة

يُطبق القانون العلمي عادة على النظام الفيزيائي في ظل نفس الشروط، ويشير إلى وجود علاقة سببية تتضمن عناصر ذلك النظام. تعتبر البيانات الواقعية والمؤكدة جيدًا مثل «يكون الزئبق في حالة سائلة عند ضغط درجة حرارة قياسية» محددة للغاية لدرجة التحفظ في وصفها بالقوانين العلمية. تعود المشكلة المركزية في فلسفة العلم إلى دافيد هيوم، وهي التمييز بين العلاقات السببية (مثل تلك التي تنطوي عليها القوانين)، وبين المبادئ التي تنشأ نتيجة الاقتران الدائم.

تختلف القوانين عن النظريات العلمية من ناحية أنها لا تفرض آلية أو تفسير معين للظاهرة: فهي مجرد تقطير لنتائج الملاحظات المتكررة. وعلى هذا النحو، يتقيد تطبيق القانون على الملابسات التي تماثل تلك التي لوحظت بالفعل، وقد يُكتشف خطأها عند الاستقراء. يُطبق قانون أوم على الشبكات الخطية فقط، ويطبق قانون الجذب العام لنيوتن على مجالات الجاذبية الضعيفة فقط، ولا تطبق قوانين الديناميكا الهوائية المبكرة مثل مبدأ بيرنولي في حالة التدفق القابل للانضغاط مثل ذلك الذي يحدث في الطيران العابر للصوت والأسرع من الصوت، ويُطبق قانون هوك على التشوه أسفل الحد المرن (نقطة الخضوع) فقط، ويُطبق قانون بويل بدقة كاملة على الغاز المثالي فقط، إلى آخر تلك الأمثلة. تبقى تلك القوانين مفيدة، ولكن في ظل الشروط التي تُطبق عليها فقط.

قوانين الكيمياء

قوانين الكيمياء هي تلك القوانين الطبيعية التي تتعلق بعلم الكيمياء. أدت الملاحظات من الناحية التاريخية، إلى العديد من القوانين التجريبية، على الرغم من أنه معروف الآن وجود أصول للكيمياء في الميكانيك الكمومي.

التحليل الكمي

يُعتبر قانون حفظ الكتلة هو أكثر المفاهيم أساسية في علم الكيمياء، والذي ينص على أنه لا يوجد تغير يمكن كشفه في كمية المادة أثناء تفاعل كيميائي عادي. توضح الفيزياء الحديثة أن المادة عبارة عن طاقة محفوظة بالفعل، وهناك تكافؤ بين الكتلة والطاقة؛ وهو المفهوم الذي أصبح هامًا في الكيمياء النووية. يؤدي قانون حفظ الطاقة إلى المفاهيم المهمة للتوازن والديناميكا الحرارية حركية التفاعل.

تشرح بالتفصيل القوانين الإضافية للكيمياء قانون حفظ الكتلة. يقول قانون جوزيف بروست للنسب الثابتة أو التركيب المحدد، أن المواد الكيميائية النقية تتكون من عناصر في صيغة محددة؛ نعرف الآن أن الترتيب الهيكلي لتلك العناصر من الأمور الهامة أيضًا.

يقول قانون دالتون للنسب المتضاعفة أن تلك المواد الكيميائية سوف تقدم نفسها بنسب عددية صحيحة وصغيرة؛ على الرغم من ميل النسب في العديد من الأنظمة (خاصة في الجزيئات الحيوية والمعادن) إلى أعداد كبيرة مطلوبة، والتي تظهر عادة في صورة كسور.

يُعتبر قانون النسب الثابتة وقانون النسب المتضاعفة، أول قانونين من ثلاثة قوانين خاصة بعلم قياس اتحادية العناصر، أي النسب التي تتجمع من خلالها العناصر الكيميائية لتشكل المركبات الكيميائية. ويُعتبر قانون النسب المعكوسة هو القانون الثالث في علم قياس اتحادية العناصر، والذي يقدم الأساس لتعيين الأوزان المتكافئة لكل عنصر كيميائي. يمكن بعد ذلك استخدام الأوزان المتكافئة الأولية، لاستخلاص الأوزان الذرية لكل عنصر.

يوجد المزيد من قوانين الكيمياء الحديثة التي تحدد العلاقة بين الطاقة وتحولاتها.