Gesetze

Das Wesen naturwissenschaftlicher Gesetze

In Erscheinungen der Natur kann man durch Beobachtungen und Experimente Zusammenhänge zwischen einzelnen Eigenschaften von Körpern, Stoffen oder Vorgängen erkennen.

Wenn sich Zusammenhänge in der Natur unter bestimmten Bedingungen immer wieder einstellen und für eine ganze Gruppe von Objekten gelten, dann spricht man von gesetzmäßigen Zusammenhängen, Gesetzmäßigkeiten oder Gesetzen.

Gesetze sind für ideale Systeme, wie ideale Gase. In der Realität sind sie jedoch nicht immer erfüllbar.

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: 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:
Bei chemischen Reaktionen reagieren die Stoffe in konstanten Massenverhältnissen miteinander:

$m_1~m_2$ oder $\frac{m_1}{m_2}=\text{konstant}$

Weitere quantitative Gesetze in der Chemie sind 1) das Gesetz von der Erhaltung der Masse und 2) das Gesetz für ideale Gase:

1) Bei einer chemischen Reaktion ist die Summe der Masse der Ausgangsstoffe gleich der Summe der Masse der Reaktionsprodukte.

2) p V=konst.

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.

mit 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:

Bei chemischen Reaktionen verhalten sich die Massen proportional.

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.