Gesetze

Das Wesen naturwissenschaftlicher Gesetze

Allgemein gilt:
Naturgesetze sind allgemeine und wesentliche Zusammenhänge in der Natur, die unter bestimmten Bedingungen stets wirken. Sie bestehen in der Regel aus Bedingungs- und Gesetzesaussagen.

Die Bedingungen, unter denen ein Gesetz gilt, nennt man auch Gültigkeitsbedingungen. Gesetze sind allerdings nicht immer vollständig durch Bedingungs- und Gesetzesaussagen beschrieben. Manchmal muss man die Bedingungsaussagen aus dem Zusammenhang erschließen.

Qualitative und quantitative Gesetzesaussagen

Qualitative Gesetze: Es gibt Gesetze, die nur beschreiben, unter welchen Bedingungen eine bestimmte Erscheinung in der Natur auftritt.
Gesetze können unterschiedlich genau erkannt und in verschiedener Weise formuliert werden. So gibt es Gesetze, die nur beschreiben, unter welchen Bedingungen eine bestimmte Erscheinung bzw. ein Zusammenhang in der Natur auftritt. Ein Beispiel aus der Chemie für ein solches Gesetz, das nur eine qualitative Gesetzesaussage enthält, ist das Gesetz der Periodizität:

Die nach steigenden Atommassen geordneten Elemente zeigen eine deutliche Periodizität ihrer Eigenschaften.

Halbquantitative Gesetze: Es gibt auch Gesetze, die einen Zusammenhang zwischen Eigenschaften bzw. Größen in der Tendenz beschreiben. Sie enthalten eine halbquantitative Gesetzesaussage und werden häufig in der Form „umso ... je“ oder „je ... desto“ formuliert. Ein Beispiel ist die Gesetzesaussage über die Reaktionsfähigkeit von Elementen:

Ein Element ist umso reaktionsfähiger, je energiereicher seine Außenelektronen sind und je weniger Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden müssen, um den stabilen Edelgaszustand zu erreichen.

Quantitative Gesetze: Bei vielen Gesetzen in den Naturwissenschaften kann der Zusammenhang zwischen Eigenschaften bzw. Größen mathematisch exakt beschrieben werden. Sie enthalten eine quantitative Gesetzesaussage. Beispiel dafür ist das Gesetz von den konstanten Proportionen:

Ein weiteres quantitatives Gesetz in der Chemie ist das Gesetz von der Erhaltung der Masse:

Ein Gesetz - unterschiedliche Formulierungen

Eine quantitative Gesetzesaussage kann in unterschiedlichen Formen, z. B: in Form einer Gleichung, aber auch in Worten, als Proportionalität oder in einem Diagramm dargestellt werden. Die unterschiedlichen Formulierungsmöglichkeiten sind nachfolgend am Beispiel des Gesetzes von den konstanten Proportionen dargestellt.

in Worten:	Bei chemischen Reaktionen reagieren die Stoffe in festen Massenverhältnissen miteinander.
als Proportionalität:	$m_1~m_2$
als Gleichung:	$\frac{m_1}{m_2}=\text{konstant}$
als Diagramm:

Dynamische und statistische Gesetze

In den Naturwissenschaften kann man zwischen dynamischen und statistischen Gesetzen unterscheiden.
Dynamische Gesetze geben an, wie sich ein Objekt unter gegebenen Bedingungen notwendig verhält. Ein Beispiel für ein solches Gesetz ist eine Gesetzesaussage zur Periodizität der Eigenschaften der Elemente:

Die Wertigkeit (genauer: die Höchstwertigkeit) der Elemente gegenüber Sauerstoff nimmt innerhalb einer Periode zu und stimmt mit der Gruppennummer überein.

Kennt man die Stellung eines Elements im Periodensystem der Elemente, so kann man eindeutige Aussagen über die Wertigkeit (Höchstwertigkeit) dieses Elements gegenüber Sauerstoff machen. Die meisten in der Schule behandelten Gesetze sind solche dynamischen Gesetze.

Daneben gibt es auch Gesetze, die das Verhalten einer großen Anzahl von Teilchen beschreiben. Ein Beispiel dafür ist das Zerfallsgesetz des radioaktiven Zerfalls von Atomkernen. Dieses Zerfallsgesetz beschreibt eindeutig, wie sich die Gesamtheit der Teilchen verhält. So kann man eindeutig voraussagen, dass nach einer Halbwertszeit genau die Hälfte der Atomkerne eines radioaktiven Stoffs zerfallen sind. Keine Aussage ist aber darüber möglich, ob das einen bestimmten Atomkern betrifft oder nicht. Das Gesetz trägt statistischen Charakter. Man bezeichnet deshalb solche Gesetze, die Aussagen über eine große Teilchenzahl machen, als statistische Gesetze.

Erfahrungssätze und Erhaltungssätze

Manche Naturgesetze haben sich im Laufe der Entwicklung aus den Erfahrungen der Menschen über Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen in der Natur ergeben. Es sind Gesetze, die nicht aus anderen Gesetzen hergeleitet und nur aus der Erfahrung heraus bestätigt werden.

Beispiele für solche Erfahrungssätze sind das Gesetz von der Erhaltung der Masse bei chemischen Reaktionen.

Manche Größen haben in einem abgeschlossenen System einen bestimmten, konstanten Wert. Es sind Erhaltungsgrößen. Die Konstanz einer Größe in einem abgeschlossenen System wird auch in Form von Gesetzen formuliert, die man als Erhaltungssätze oder als Gesetze von der Erhaltung ... bezeichnet.

Beispiele dafür ist der Energieerhaltungssatz, das Gesetz von der Erhaltung der Ladung oder das Gesetz von der Erhaltung der Masse.

Gesetze und ihre Bedeutung

Naturwissenschaftliche Gesetze existieren unabhängig vom Willen und von den Wünschen der Menschen. Wir können Gesetze zwar erkennen, können sie aber nicht verändern und schon gar nicht „überlisten“. Sie wirken unter den gegebenen Bedingungen, ob wir es wollen oder nicht.

Der Mensch kann aber Gesetze zu seinem Vorteil nutzen. So kann man das Gesetz von den konstanten Proportionen nutzen, um konkrete Berechnungen der Stoffumsetzung bei chemischen Reaktionen auszuführen.

Naturwissenschaftliche Gesetze kann man auch nutzen, um technische Geräte und Anlagen zu bauen bzw. optimal zu betreiben. Auch dabei werden u.a. chemische Berechnungen benutzt.
Menschen können allerdings auch zu Schaden kommen, wenn sie das Wirken von Naturgesetzen nicht beachten. Zum Teil treten auch Schäden für den Menschen und seine Umwelt deshalb auf, weil Gesetze oder ihre Gültigkeitsbedingungen noch nicht genau bekannt sind. Deshalb ist es ein wesentliches Ziel der Naturwissenschaften, Gesetze und Zusammenhänge immer genauer zu erkennen und zum Wohl des Menschen und seiner Umwelt zu nutzen.

Mithilfe von Gesetzen ist es möglich, Erscheinungen in Natur und Technik zu erklären und Voraussagen zu treffen.