वैज्ञानिक नियम

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वैज्ञानिक सिद्धांत व्याख्या करते हैं कि कुछ क्यों होता है, जबकि वैज्ञानिक नियम वर्णन करता है कि क्या होता है।

वैज्ञानिक नियम या विज्ञान के नियम दोहराए गए प्रयोगों या प्रेक्षणों पर आधारित कथन हैं जो प्राकृतिक घटनाओं की एक श्रृंखला का वर्णन या पूर्वानुमान करते हैं प्राकृतिक विज्ञान, रसायन विज्ञान, खगोल विज्ञान, भूविज्ञान, जीव विज्ञान के सभी क्षेत्रों में कई स्थितियों (अनुमानित, शुद्ध, व्यापक या संकीर्ण) में शब्द नियम का विविध उपयोग है नियम आंकड़ा से विकसित होते हैं और गणित के माध्यम से इन नियमों को और विकसित किया जा सकता है सभी स्थितियों में वे प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से अनुभवजन्य साक्ष्य पर आधारित होते हैं सामान्यतः यह समझा जाता है कि वे निहित रूप से प्रतिबिंबित करते हैं हालांकि वे स्पष्ट रूप से अनुरोध नहीं करते हैं तथा वास्तविकता के लिए मौलिक संबंध हैं और आविष्कार के अतिरिक्त खोजे जाते हैं।

वैज्ञानिक नियम सामान्यतः प्रयोग की एक निश्चित सीमा के भीतर प्रयोगों या टिप्पणियों के परिणामों को संक्षेप में प्रस्तुत करते हैं सामान्य रूप पर नियम की शुद्धता तब नहीं रूपांतरित होती है जब प्रासंगिक घटना का एक नया सिद्धांत तैयार किया जाता है, बल्कि नियम के अनुप्रयोग का सिद्धान्त होता है क्योंकि गणित के नियम का प्रतिनिधित्व करने वाला कथन नहीं परिवर्तित होता है अन्य प्रकार के वैज्ञानिक ज्ञान की तरह वैज्ञानिक नियम गणितीय प्रमेयों या सर्वसमिकाओं की तरह पूर्ण निश्चितता व्यक्त नहीं करते हैं पूर्वानुमान के अवलोकनों द्वारा वैज्ञानिक नियमो को प्रतिबंधित या विस्तारित किया जा सकता है।

वैज्ञानिक नियम को प्रायः एक या कई कथनों या समीकरणों के रूप में तैयार किया जा सकता है ताकि यह एक प्रयोग के परिणामों का पूर्वानुमान कर सके और नियम परिकल्पनाओं एवं अभिधारणाओं से भिन्न होते हैं जो प्रयोग और अवलोकन द्वारा सत्यापन से पहले और वैज्ञानिक प्रक्रिया के समय प्रस्तावित किए जाते हैं परिकल्पनाएँ और अवधारणाएँ वैज्ञानिक नियम नहीं हैं क्योंकि उन्हें एक ही स्थिति तक सत्यापित नहीं किया गया है हालाँकि वे नियमों के निर्माण की ओर ले जा सकते हैं नियम वैज्ञानिक सिद्धांतों की तुलना में संकीर्ण होते हैं जिसमें एक या कई नियम सम्मिलित हो सकते हैं विज्ञान एक नियम या सिद्धांत को तथ्यों से अलग करता है किसी नियम को वैज्ञानिक तथ्य कहना अस्पष्ट कथन, अत्युक्तिपूर्ण कथन या एक संदिग्धार्थता कथन है। वैज्ञानिक नियमों की प्रकृति पर दर्शनशास्त्र में बहुत चर्चा की गई है लेकिन संक्षेप में वैज्ञानिक नियम केवल अनुभवजन्य निष्कर्ष हैं जो वैज्ञानिक पद्धति से संबद्ध हैं उनका उद्देश्य न तो दार्शनिक प्रतिबद्धताओं से और न ही तार्किक निरपेक्षता के कथनों से प्रतिबंधित किया जाना है।

समीक्षा

वैज्ञानिक नियम सदैव एक भौतिक प्रणाली पर बार-बार शर्तों के अंतर्गत प्रयुक्त होता है और इसका तात्पर्य यह है कि प्रणाली के तत्वों के कारण संबंध है पारा मानक तापमान और दाब पर तरल है जैसे तथ्यात्मक और अच्छी तरह से पुष्टि किए गए कथनों को वैज्ञानिक नियमों के रूप में अर्हता प्राप्त करने के लिए बहुत विशिष्ट माना जाता है विज्ञान के दर्शन में एक केंद्रीय समस्या, वापस डेविड हुमे तक जाती है जो निरंतर संयुग्मन के कारण उत्पन्न होने वाले सिद्धांतों से कार्य-कारण संबंधों (जैसे कि नियमों द्वारा निहित) को अलग करना है।

नियम वैज्ञानिक सिद्धांतों से इस प्रकार से भिन्न होते हैं कि वे किसी घटना के तंत्र या व्याख्या को प्रस्तुत नहीं करते हैं वे बार-बार अवलोकन के परिणामों का केवल आसवन हैं जैसे एक नियम की प्रयोज्यता उन परिस्थितियों तक सीमित है जो पहले से ही देखी गई हैं और जब बहिष्कृत किया जाता है तो नियम गलत पाया जा सकता है ओम का नियम केवल रैखिक नेटवर्क पर प्रयुक्त होता है न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम केवल दुर्बल गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में प्रयुक्त होता है वायुगतिकी के प्रारंभिक नियम, जैसे कि बर्नौली का सिद्धांत, संपीड़ित प्रवाह की स्थिति में प्रयुक्त नहीं होते हैं जैसे कि ट्रांसोनिक और पराध्वनिक उड़ान में होता है हुक का नियम केवल प्रत्यास्थ सीमा के नीचे तनाव (भौतिकी) पर प्रयुक्त होता है बॉयल का नियम केवल आदर्श गैस आदि के लिए पूर्ण शुद्धता के साथ प्रयुक्त होता है ये नियम उपयोगी रहते हैं लेकिन केवल निर्दिष्ट शर्तों के अंतर्गत जहां वे प्रयुक्त होते हैं।

कई नियम गणित का रूप लेते हैं और इस प्रकार उन्हें एक समीकरण के रूप में कहा जा सकता है उदाहरण के लिए, ऊर्जा संरक्षण के नियम को इस प्रकार $\Delta E=0$ लिखा जा सकता है जहाँ $E$ ब्रह्मांड में ऊर्जा की कुल मात्रा है इसी प्रकार, ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम को इस प्रकार $\mathrm {d} U=\delta Q-\delta W\,$ लिखा जा सकता है और न्यूटन के गति के नियम अर्थात न्यूटन के दूसरे नियम को इस $F=$ dp⁄dt रूप में लिखा जा सकता है जबकि ये वैज्ञानिक नियम बताते हैं कि हमारी इंद्रियां क्या अनुभव करती हैं वे अभी भी अनुभवजन्य हैं और अवलोकन या वैज्ञानिक प्रयोग द्वारा प्राप्त इसलिए गणितीय प्रमेयों की तरह नहीं हैं जिन्हें शुद्ध रूप से गणित द्वारा सिद्ध किया जा सकता है।

सिद्धांतों और परिकल्पनाओं की तरह नियम पूर्वानुमान करते हैं विशेष रूप से, वे पूर्वानुमान करते हैं कि नए अवलोकन दिए गए नियम के अनुरूप होंगे। यदि वे नए आंकड़ा के साथ विरोधाभास में पाए जाते हैं तो नियम गलत हो सकते हैं।

कुछ नियम अन्य अधिक सामान्य नियमों के केवल अनुमान हैं और प्रयोज्यता के प्रतिबंधित डोमेन के साथ अच्छे अनुमान हैं उदाहरण के लिए, न्यूटोनियन गतिकी (जो गैलीलियन रूपांतरण पर आधारित है) विशेष सापेक्षता की निम्न-गति सीमा है चूंकि गैलीलियन रूपांतरण लोरेंट्ज़ रूपांतरण के लिए निम्न-गति सन्निकटन है इसी प्रकार न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम सामान्य सापेक्षता का एक कम द्रव्यमान वाला सन्निकटन है और कूलम्ब का नियम बड़ी दूरी पर क्वांटम विद्युत् गतिकी का एक सन्निकटन है दुर्बल अंतःक्रियाओं की सीमा की तुलना ऐसी स्थितियों में अधिक शुद्ध सामान्य नियमों के अतिरिक्त नियमों के सरल, अनुमानित संस्करणों का उपयोग करना सामान्य है शुद्धता की बढ़ती डिग्री के लिए नियमों का निरंतर प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किया जा रहा है जो विज्ञान के मुख्य लक्ष्यों में से एक है तथ्य यह है कि नियमों का उल्लंघन कभी नहीं देखा गया है यह पुष्टि करने के लिए कि क्या वे प्रारम्भ रहते हैं या वे विभाजित होते हैं और इस प्रक्रिया में क्या खोजा जा सकता है इसकी पुष्टि करने के लिए उन्हें विस्तृत शुद्धता या नई प्रकार की स्थितियों में परीक्षण करने से नहीं रोकता है दोहराए जाने वाले प्रायोगिक साक्ष्य द्वारा नियमों को अमान्य करना या सीमाओं को सिद्ध करना सदैव संभव होता है यदि कोई अनुसरण किया जाता है कुछ विशेष स्थितियों में अच्छी तरह से स्थापित नियमों को वास्तव में अस्वीकृत कर दिया गया है लेकिन विसंगतियों को समझाने के लिए बनाए गए नए सूत्र मूल को अलग करने के अतिरिक्त सामान्यीकरण करते हैं अर्थात्, अवैध नियमों को केवल निकट सन्निकटन के रूप में प्राप्त किया गया है जिसमें पहले से विभिन्न शर्तों को अधिकृत करने के लिए अन्य नियम या कारक सम्बद्ध करने की आवश्यकता होती है उदाहरण समय या स्थान के बहुत बड़े या बहुत छोटे पैमाने विशाल गति या द्रव्यमान आदि को इस प्रकार अपरिवर्तनीय ज्ञान के अतिरिक्त भौतिक नियमों को सुधार और अधिक शुद्ध सामान्यीकरण की एक श्रृंखला के रूप में देखा जाता है।

गुण

वैज्ञानिक नियम सामान्यतः कई वर्षों में दोहराए गए वैज्ञानिक प्रयोगों और टिप्पणियों पर आधारित निष्कर्ष होते हैं और जो वैज्ञानिक समुदाय के भीतर सार्वभौमिक रूप से स्वीकार किए जाते हैं वैज्ञानिक नियमों का विशेष तथ्यों से अनुमान लगाया जाता है जो परिभाषित समूह या घटनाओं के वर्ग पर प्रयुक्त होते है और इस कथन द्वारा अभिव्यक्त किया जाता है कि एक विशेष घटना सदैव होती है यदि कुछ स्थितियाँ सम्मिलित हों। हमारे पर्यावरण के सारांश विवरण का उत्पादन ऐसे नियमों के रूप में विज्ञान का एक मौलिक उद्देश्य है।

वैज्ञानिक नियमों के कई सामान्य गुणों की पहचान की गई है अधिकांश जब भौतिकी के नियमों का प्रयोग किया जाता है वैज्ञानिक नियम हैं:

• परिभाषा के अनुसार सत्य है कि कम से कम उनकी वैधता के अधिकार के भीतर कभी भी दोहराए जाने वाले विरोधाभासी अवलोकन नहीं हुए हैं।
• सार्वभौमिक- वे ब्रह्मांड में प्रत्येक स्थान पर प्रयुक्त होते दिखाई देते हैं।
• साधारण- वे सामान्यतः एक गणितीय समीकरण के संदर्भ में व्यक्त किए जाते हैं।
• शुद्ध- ब्रह्मांड में कुछ भी उन्हें प्रभावित नहीं करता प्रतीत होता है।
• स्थिर- पहली बार खोजे जाने के बाद से अपरिवर्तित हालांकि उन्हें अधिक शुद्ध नियमों के अनुमान के रूप में दिखाया गया हो सकता है।
• सर्वव्यापी- ब्रह्मांड में सब कुछ स्पष्ट रूप से टिप्पणियों के अनुसार अनुसरण करना चाहिए।
• सामान्यतः राशि का संरक्षण नियम (भौतिकी)।
• प्रायः अंतरिक्ष और समय की सम्मिलित समरूपता की अभिव्यक्ति
• सामान्यतः समय में सैद्धांतिक रूप से प्रतिवर्ती (यदि क्वांटम यांत्रिकी), हालांकि समय स्वयं अपरिवर्तनीय है।
• चौड़ाई- भौतिक विज्ञान में, नियम विशेष रूप से ब्रह्मांड में अधिक विशिष्ट प्रणालियों, जैसे कि जीवित प्रणालियों, अर्थात मानव शरीर के जैव यांत्रिकी के अतिरिक्त पदार्थ, गति, ऊर्जा और बल के व्यापक डोमेन को संदर्भित करते हैं।

"वैज्ञानिक नियम" शब्द परंपरागत रूप से प्राकृतिक विज्ञानों से जुड़ा हुआ है हालांकि सामाजिक विज्ञानों में भी नियम सम्मिलित हैं उदाहरण के लिए, जिपफ का नियम सामाजिक विज्ञान में एक नियम है जो गणितीय आँकड़ों पर आधारित है इन स्थितियों में, नियम निरपेक्ष होने के अतिरिक्त सामान्य प्रवृत्तियों या अपेक्षित व्यवहारों का वर्णन कर सकते हैं।

प्राकृतिक विज्ञान में असंभाव्यता को व्यापक रूप से अत्यधिक संभावित के रूप में स्वीकार किया जाता है अतिरिक्त इसके कि इसे चुनौती न दी जा सके और इस दृढ़ स्वीकृति का आधार किसी वस्तु के घटित न होने के व्यापक साक्ष्य का संयोजन है जो एक अंतर्निहित सिद्धांत के साथ संयुक्त है पूर्वानुमान करने में बहुत सफल है जिनकी धारणाएं तार्किक रूप से इस निष्कर्ष की ओर ले जाती हैं कि कुछ असंभव है जबकि प्राकृतिक विज्ञान में एक असंभवता का दायित्व कभी भी पूरी तरह से सिद्ध नहीं किया जा सकता है इसे एक प्रति उदाहरण के अवलोकन से अस्वीकृत किया जा सकता है इस प्रकार के एक प्रति उदाहरण के लिए आवश्यक होगा कि असंभवता को निहित करने वाले सिद्धांत की अंतर्निहित मान्यताओं की फिर से जांच की जाए और भौतिकी में व्यापक रूप से स्वीकृत असंभावनाओं के कुछ उदाहरण सतत गति वाली मशीनें हैं जो ऊर्जा के संरक्षण के नियम का उल्लंघन करती हैं और प्रकाश की गति से अधिक होती हैं, जो विशेष सापेक्षता के निहितार्थों का उल्लंघन करती हैं, क्वांटम यांत्रिकी का अनिश्चितता सिद्धांत, जो एक साथ जानने की असंभवता पर महत्व देता है एक कण की स्थिति और संवेग दोनों और बेल की प्रमेय के अनुसार स्थानीय छिपे हुए चर का कोई भौतिक सिद्धांत कभी भी क्वांटम यांत्रिकी की सभी पूर्वानुमान को पुन: उत्पन्न नहीं कर सकता है।

गणितीय समरूपता के परिणाम के रूप में नियम

Main article: समरूपता (भौतिकी)

कुछ नियम प्रकृति में पाए जाने वाले गणितीय समरूपता को दर्शाते हैं उदाहरण के लिए पाउली अपवर्जन सिद्धांत इलेक्ट्रॉनों की पहचान को दर्शाता है, संरक्षण नियम अंतरिक्ष, समय की एकरूपता को दर्शाता है और लोरेंत्ज़ रूपांतरण अंतरिक्ष-समय की घूर्णी समरूपता को दर्शाता है कई मौलिक भौतिक नियम अंतरिक्ष, समय या प्रकृति के अन्य दृष्टिकोण के विभिन्न समरूपता (भौतिकी) के गणितीय परिणाम हैं विशेष रूप से, नोएदर की प्रमेय कुछ संरक्षण नियमों को कुछ समरूपताओं से जोड़ता है उदाहरण के लिए, ऊर्जा का संरक्षण समय की स्थिति समरूपता का परिणाम है समय का कोई क्षण किसी अन्य से अलग नहीं होता है जबकि संवेग का संरक्षण अंतरिक्ष की समरूपता (एकरूपता) का परिणाम है अंतरिक्ष में कोई स्थान विशेष नहीं है या किसी अन्य से अलग नही होता है प्रत्येक मौलिक प्रकार (जैसे, इलेक्ट्रॉन या फोटॉन) के सभी कणों की अविभाज्यता का परिणाम डायराक और बोस क्वांटम सांख्यिकी में होता है, जिसके परिणामस्वरूप पाउली अपवर्जन सिद्धांत फर्मों के लिए और बोस-आइंस्टीन संघनन में बोसॉन के लिए होता है समय और स्थान समन्वय अक्षों के बीच घूर्णी समरूपता (जब एक को काल्पनिक के रूप में लिया जाता है, दूसरे को वास्तविक के रूप में) के परिणामस्वरूप लोरेंत्ज़ रूपांतरण होता है जिसके परिणामस्वरूप विशेष सापेक्षता सिद्धांत होता है जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान के बीच समरूपता का परिणाम सामान्य सापेक्षता में होता है द्रव्यमान रहित बोसोन द्वारा मध्यस्थता का व्युत्क्रम वर्ग नियम अंतरिक्ष की 3-आयामीता का गणितीय परिणाम है।

प्रकृति के सबसे मौलिक नियमों की खोज में एक परिकल्पना सबसे सामान्य गणितीय समरूपता समूह की खोज करना है जिसे मौलिक क्रिया पर प्रयुक्त किया जा सकता है।

भौतिकी के नियम

संरक्षण नियम

संरक्षण और समरूपता

Main article: समरूपता (भौतिकी)

संरक्षण नियम मौलिक नियम हैं जो अंतरिक्ष, समय और चरण (तरंगों) की एकरूपता से दूसरे शब्दों में समरूपता का अनुसरण करते हैं।

• 'नोएदर का प्रमेय:' क्रिया में निरंतर भिन्न समरूपता वाली किसी भी राशि का एक संबद्ध संरक्षण नियम होता है।
• द्रव्यमान का संरक्षण समझा जाने वाला पहला नियम था क्योंकि अधिकांश स्थूलदर्शी भौतिक प्रक्रियाओं में द्रव्यमान सम्मिलित होते हैं उदाहरण के लिए, बड़े कणों या द्रव प्रवाह के टकराव, स्पष्ट विश्वास प्रदान करते हैं कि द्रव्यमान संरक्षित है। बड़े पैमाने पर संरक्षण सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए सही प्राप्त किया गया है सामान्य रूप से यह केवल अनुमानित है क्योंकि परमाणु और कण भौतिकी में सापेक्षता और प्रयोगों के आगमन के साथ: द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत, इसलिए द्रव्यमान सदैव संरक्षित नहीं होता है बल्कि द्रव्यमान-ऊर्जा के अधिक सामान्य संरक्षण का भाग होता है।
• अलग-अलग प्रणालियों के लिए 'ऊर्जा का संरक्षण', 'संवेग का संरक्षण' और कोणीय गति का संरक्षण' समय अनुवाद समरूपता, अनुवाद और घूर्णन प्राप्त जा सकता है।
• 'आवेश का संरक्षण' भी प्राप्त किया गया है क्योंकि आवेश को कभी भी बनाया या नष्ट होते नहीं देखा गया है और केवल एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाना प्राप्त किया गया है।

निरंतरता और स्थानांतरण

सामान्य निरंतरता समीकरण (संरक्षित राशि के लिए) का उपयोग करके संरक्षण नियमों को अंतर के रूप में लिखा जा सकता है:

${\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {J}$

जहाँ ρ प्रति इकाई आयतन में कुछ राशि है, J उस राशि का प्रवाह है प्रति इकाई क्षेत्र में प्रति इकाई समय में परिवर्तन सहज रूप से एक सदिश क्षेत्र का विचलन (चिह्नित ∇•) बिंदु से रेडियल रूप से बाहर की ओर प्रवाहित होने वाले प्रवाह का एक उपाय है इसलिए ऋणात्मक राशि एक बिंदु पर एकत्र होती है इसलिए अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में घनत्व के परिवर्तन की दर किसी क्षेत्र में निकलने या एकत्रित होने वाले प्रवाह की मात्रा होनी चाहिए (विवरण के लिए मुख्य लेख देखें) नीचे दी गई तालिका में, परिवहन में विभिन्न भौतिक राशियों के लिए प्रवाह और उनसे संबंधित निरंतरता समीकरण की तुलना के लिए एकत्र किए जाते हैं।

भौतिकी, संरक्षित राशि	संरक्षित राशि q	आयतन घनत्व ρ (q)	प्रवाह J (q)	समीकरण
हाइड्रोइनेमिकस, द्रव पदार्थ	m = द्रव्यमान (किलोग्राम)	ρ = आयतन द्रव्यमान घनत्व (kg m−3)	ρ u, जहाँ u = प्रवाह का वेग क्षेत्र (m s−1)	${\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot (\rho \mathbf {u} )$
विद्युत चुंबकत्व, विद्युत आवेश	q = विद्युत् आवेश (C)	ρ = आयतन वैद्युत आवेश घनत्व (C m−3)	J = विद्युत् धारा घनत्व (A m−2)	${\frac {\partial \rho }{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {J}$
ऊष्मा गतिकी, ऊर्जा	E = energy (J)	u = आयतन ऊर्जा घनत्व (J m−3)	q = ऊष्मीय प्रवाह (W m−2)	${\frac {\partial u}{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {q}$
क्वांटम यांत्रिकी, प्रायिकता	P = (r, t) = ∫|Ψ|2d3r = प्रायिकता वितरण	ρ = ρ(r, t) = |Ψ|2 = प्रायिकता घनत्व फलन (m−3), Ψ = क्वांटम प्रणाली का तरंग फलन	j = प्रायिकता धारा घनत्व/ प्रवाह	${\frac {\partial |\Psi |^{2}}{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {j}$

अधिक सामान्य समीकरण संवहन-प्रसार समीकरण और बोल्ट्ज़मान परिवहन समीकरण हैं, जिनकी वर्ग निरंतरता समीकरण में हैं।

चिरसम्मत यांत्रिकी के नियम

निम्नतम क्रिया सिद्धांत

Main article: निम्नतम क्रिया नियम

चिरसम्मत यांत्रिकी, जिसमें न्यूटन के नियम, लाग्रेंज के समीकरण, हैमिल्टन के समीकरण आदि सम्मिलित हैं, निम्नलिखित सिद्धांत से प्राप्त किए जा सकते हैं:

$\mathrm{\delta <!--\; \delta \; -->}\mathcal{S}=\mathrm{\delta <!--\; \delta \; -->}{\int <!--\; \int \; -->}_{t_1}^{t_2}L(\mathbf{q},\stackrel{\mathbf{\dot{}<!--\; \dot{}\; -->}}{\mathbf{q}}$