Prawa nauki

Prawa nauki to twierdzenia ściśle ogólne, które odznaczają się w nauce szczególnym statusem poznawczym wśród ogólnych twierdzeń formułowanych w nauce. Spełniają niezwykle ważną funkcję w systemie wiedzy naukowej.

Prawa nauki w systemie wiedzy naukowej

Prawa naukowe to zawsze twierdzenia ściśle ogólne (uniwersalne), to znaczy takie, których zasięg czasoprzestrzenny jest nieograniczony, gdyż dotyczą one wszystkich obiektów czy zjawisk danej klasy, które mogą występować w całym Wszechświecie.

Dlatego kompletne sformułowanie prawa zawiera opis warunków dostatecznych (wystarczających), w których zachodzi zależność (prawidłowość) opisywana przez prawo, nie zawiera natomiast żadnych wskazówek dotyczących miejsca i czasu zajścia tych warunków.

Na przykład prawo powszechnej grawitacji Newtona głosi, że dowolne dwa ciała znajdujące się kiedykolwiek i gdziekolwiek we Wszechświecie przyciągają się wzajemnie z siłą proporcjonalną do ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości.

Twierdzenie uzyskuje wysoki status prawa nauki wówczas, gdy spełnia szereg warunków. Są to warunki formalne oraz pozaformalne (merytoryczne).

Warunki formalne

Warunki formalne opisują typ ogólności twierdzenia kandydującego do miana prawa nauki. Można wymienić cztery takie warunki. Zgodnie z tymi warunkami prawo to twierdzenie:

1. ściśle ogólne (uniwersalne)
2. nierównoważne (skończonej) klasie twierdzeń jednostkowych
3. przeważnie otwarte ontologicznie
4. zawsze otwarte epistemologicznie

1. Twierdzenie jest ściśle ogólne, gdy jego zasięg pod względem czasoprzestrzennym jest uniwersalny, to znaczy, że twierdzenie odnosi się do wszystkich obiektów danego rodzaju występujących kiedykolwiek i gdziekolwiek we Wszechświecie. Pojęciu ścisłej ogólności przeciwstawia się pojęcie ogólności numerycznej (enumaracyjnej)¹J. Such, O uniwersalności praw nauki, KiW, Warszawa 1972, s. 61–62..

2. Nierównoważność skończonej klasie twierdzeń jednostkowych oznacza, że twierdzenie kandydujące do miana prawa nie może być zastąpione przez żadną skończoną liczbę twierdzeń jednostkowych²J. Such, Problemy weryfikacji wiedzy, PWN, Warszawa 1975, s. 49.. Natomiast twierdzenie numerycznie ogólne może być zastąpione skończoną ilością twierdzeń jednostkowych.

3. Twierdzenie otwarte ontologicznie to twierdzenie, które obejmuje – poza zjawiskami przeszłymi i teraźniejszymi –  również zjawiska przyszłe, niedokonane. Natomiast, gdy twierdzenie (np. prawo) dotyczy wyłącznie zjawisk przeszłych i teraźniejszych, jest ontologicznie zamknięte³Tamże, s. 52..

Otwartość ontologiczna twierdzenia umożliwia przewidywanie zjawisk przyszłych, zatem jest ona warunkiem koniecznym (niezbędnym) do pełnienia funkcji prognostycznych. Warunek ten jednak nie jest wymagany bezwzględnie of każdego prawa. Dane prawo może dotyczyć pewnych gatunków roślin czy zwierząt, które wyginęły przed laty (np. dinozaurów) albo minionego ustroju (np. niewolnictwa) i wówczas należy je traktować jako ontologicznie zamknięte.

4. Twierdzenie otwarte epistemologicznie obejmuje zjawiska (także lub wyłącznie) jeszcze niepoznane. Taki warunek stawiany jest wszystkim prawom nauki. Prawo nauki jest zawsze ekstrapolacją (hipotezą), wykraczającą swym zasięgiem poza zjawiska przebadane. Gdy twierdzenie dotyczy wyłącznie zjawisk poznanych, jest epistemologicznie zamknięte. Twierdzenie sprawozdawcze (protokolarne), które informuje tylko o przebadanych przypadkach, a zatem jest wynikiem tzw. indukcji zupełnej (niewłaściwej), nie mogłoby wyjaśnić ani przewidzieć żadnych nowych zjawisk, zjawisk dotąd niepoznanych⁴Tamże, s. 54–55..

Twierdzenia spełniające powyższe cztery warunki formalne, można nazwać kandydatami na prawo lub twierdzeniami prawdopodobnymi (ang. lawlike statements).

Warunki pozaformalne (merytoryczne)

Warunki pozaformalne (merytoryczne), które powinno spełniać twierdzenie, aby mogło stać się prawem są bardziej sporne i trudniej je jednoznacznie określić. Najczęściej wysuwane są cztery takie warunki. Prawo nauki powinno być twierdzeniem:

1. dobrze potwierdzonym, tzn. dostatecznie uzasadnionym
2. przynależnym do jakiejś teorii naukowej lub do jakiejś nauki
3. zdolnym do pełnienia funkcji eksplanacyjnej (wyjaśniającej)
4. zdolnym do pełnienia funkcji przewidywania (w szerokim sensie)

1.

Według pierwszego warunku, luźna hipoteza robocza niesprawdzona doświadczalnie, nie może być nazywana prawem nauki. Jednakże stopnia uzasadnienia twierdzenia kandydującego do miana prawa nie udaje się ściśle określić, tym bardziej, że jest on historycznie zmienny, tzn. w toku rozwoju nauki wymagania w tym zakresie są coraz wyższe⁵J. Such, Czy istnieje «experimentum crucis», PWN, Warszawa 1975, s. 508–509..

2.

Warunek przynależności prawa do teorii wiąże się również z warunkiem solidnego uzasadnienia prawa. Teoria bowiem dostarcza prawu wchodzącemu w jej skład uzasadnienia o charakterze teoretycznym wówczas, gdy zostaje potwierdzona przez konsekwencje obserwacyjne, niewynikające bezpośrednio z tego prawa. Jednak warunek ten nie jest rygorystycznie przestrzegany. Niekiedy prawa nowoodkrywane nie spełniają tego warunku. Na przykład prawo spadania ciał na ziemię, podane przez Galileusza oraz trzy prawa Keplera zostały włączone do mechaniki klasycznej dopiero przez Newtona. Podobnie prawo Boyle’a-Mariotte’a sformułowane pod koniec XVII w., weszło w skład teorii (kinetycznej teorii gazów) dopiero w XIX stuleciu.

3.

Prawa naukowe pozwalają nie tylko opisywać zjawiska, których dotyczą, lecz także je wyjaśniać. Wyjaśnienie różni się od opisu tym, że opis przedstawia przebieg zjawiska, czyli stanowi odpowiedź na pytanie „jak zjawisko przebiega”, natomiast wyjaśnianie odpowiada na pytanie „dlaczego dane zjawisko przebiega tak, a nie inaczej” lub na pytanie „dlaczego zjawisko to w ogóle zachodzi”.

Wyjaśnianie zjawiska wymaga odwołania się do głębszej wiedzy niż jego opis, gdyż odwołuje się do ustalenia jego przyczyn i warunków, w których ono przebiega, do ukrytych mechanizmów oraz praw rządzących zjawiskami. Ich wykrycie wymaga zazwyczaj znacznego i systematycznego wysiłku badawczego. Dlatego wiedza naukowa zawarta w odkrywanych przez naukę prawach i teoriach jest w stanie znacznie więcej wyjaśnić niż wiedza potoczna, której moc eksplanacyjna jest mniejsza niż moc eksplanacyjna wiedzy naukowej⁶J. Such, Wiedza naukowa a wiedza potoczna, w: B. Kotowa, J. Such (red.), Kulturowe konteksty poznania, Wyd. Naukowe IF UAM, Poznań 1995, s. 26..

Od strony formalnej (logicznej) wyjaśnianie można przedstawić w sposób następujący.

Klasyczna koncepcja wyjaśniania została sformułowana przez Carla Hempla i Paula Oppenheima. Według niej, podstawowym wzorcem wyjaśniania jest model dedukcyjno-nomologiczny (…). Zgodnie z nim, podać wyjaśnienie jakiegoś zjawiska lub prawidłowości znaczy przedstawić poprawne logicznie rozumowanie, w którym

• (1) wnioskiem jest explanandum (to, co wyjaśniane), a zbiór przesłanek stanowi explanans (to, co wyjaśnia),
• (2) explanans musi obejmować przynajmniej jedno prawo i musi ono być istotną przesłanką rozumowania (bez której rozumowanie nie jest poprawne logicznie),
• (3) explanans musi mieć treść empiryczną (być sprawdzalne w eksperymencie lub obserwacji),
• (4) zdanie należące do explanans muszą być prawdziwe. Rozumowanie spełniające trzy pierwsze warunki, a niekoniecznie czwarty, nazywa się potencjalnym wyjaśnieniem⁷A. Grobler, Metodologia nauk, 5.2. Klasyczna koncepcja wyjaśniania i jej trudności, Wydawnictwo Aureus, Wyd. Znak, Kraków 2008, s. 103–104..

4.

Przewidywanie jest – obok wyjaśniania – funkcją bezwzględnie od praw wymaganą, przy tym „przewidywanie (prediction) pojmuje się w tym wypadku szeroko: w jego zakres wchodzi zarówno prognoza (prognosis), jak i diagnoza pośrednia (diadic diagnosis), jak wreszcie postgnoza (retrodiction), zwana też niekiedy retrospekcją”⁸J. Such, Problemy…, s. 69..

• Prognoza dotyczy przewidywania faktów przyszłych,
• Diagnoza pośrednia odnosi się do przewidywania, wnioskowania o zajściach faktów równoczesnych (teraźniejszych),
• Postgnoza (retrospekcja) dotyczy przewidywania faktów przeszłych, wcześniejszych.

Otwartość ontologiczna gwarantuje możliwość przewidywania w wąskim sensie, natomiast otwartość epistemologiczna pozwala przewidywać w szerokim sensie. 

Prawa statystyczne

Coraz większe znaczenie w nauce uzyskują prawa statystyczne (probabilistyczne), określające prawdopodobieństwo zajścia zjawisk danego typu, np. prawa połowicznego rozpadu wyznaczające okres, w którym połowa atomów izotopu danego pierwiastka ulega rozpadowi.

Prawa statystyczne nadają się do przewidywania zjawisk masowych, a nie pojedynczych.

Więcej na temat praw nauki zobacz⁹J. Such, Problemy weryfikacji wiedzy, Rozdz. I, Prawo nauki i teoria naukowa, s. 37–73, Wyd. PWN, Warszawa 1975.,¹⁰E. Nagel, Struktura nauki, rozdz. IV: Logiczna charakterystyka praw naukowych, s. 50–78, PWN, Warszawa 1961.,¹¹J. Pelc, Prawa nauki, s. 5–44, w: J. Pelc, M. Przełęcki, K. Szaniawski, Prawa nauki, PWN, Warszawa 1957.,¹²A. Grobler, Metodologia nauk, Rozdz. II, § 6. Pojęcie prawa, s. 164-168, Wyd. Aureus, Wyd. Znak, Kraków 2008.,¹³M. Heller, Filozofia nauki, Rozdz. 5.6, Prawa przyrody, s. 47–49, Wyd. Naukowe Papieskiej Akademii Teologicznej w Krakowie, Kraków 1992..

Definicja prawa

Biorąc pod uwagę przedstawione warunki można podać następującą definicję prawa nauki:

Prawo nauki jest to: twierdzenie ściśle ogólne (uniwersalne), nierównoważne skończonej klasie twierdzeń jednostkowych, przeważnie otwarte ontologiczne oraz zawsze otwarte epistemologicznie. Ponadto powinno być twierdzeniem: dobrze potwierdzonym, tzn. dostatecznie uzasadnionym, przeważnie przynależnym do jakiejś teorii lub jakiejś nauki oraz zdolnym do pełnienia funkcji eksplanacyjnej (wyjaśniającej) i zdolnym do pełnienia funkcji przewidywania w szerokim sensie.

Zasady – szczególnie ważne prawa nauki

Niektóre szczególnie ważne prawa nauki są nazywane zasadami lub postulatami. Są to zazwyczaj prawa stanowiące twierdzenia wyjściowe ważnych teorii naukowych, takich jak mechanika klasyczna, szczególna teoria względności czy termodynamika klasyczna.

Na przykład dynamika Newtona opiera się na trzech zasadach:

• (1) zasadzie inercji (bezwładności),
• (2) zasadzie głoszącej, że przyspieszenie ciała jest wyznaczone przez jego masę i siłę przyłożoną do ciała oraz
• (3) zasadzie, że akcja wywołuje reakcję równą co do mocy, lecz przeciwnie skierowaną.

Szczególna teoria względności opiera się na dwóch postulatach,

• postulacie względności oraz
• postulacie stałej prędkości światła.

Postulat względności głosi, że wszystkie zjawiska fizyczne przebiegają tak samo we wszystkich układach inercjalnych, tzn. układach poruszających się względem siebie ze stałą prędkością (bez przyspieszenia).

Z kolei postulat stałości prędkości światła stwierdza, że światło porusza się w próżni z taką samą prędkością c we wszystkich inercjalnych układach odniesienia. Prędkość światła c wynosi w zaokrągleniu niemal 300 000 km/sek (c ≈ 300 000 km/sek).

Również termodynamika klasyczna opiera się na dwóch zasadach.

• Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii, która stwierdza, że w układzie izolowanym (i w całym Wszechświecie) ilość energii pozostaje stała. To znaczy energia ani nie powstaje, ani nie zanika. Konsekwencją tej zasady jest nieistnienie (niemożność zbudowania) perpetuum mobile pierwszego rodzaju, tzn. maszyny pracującej bez źródła energii z zewnątrz.
• Z kolei druga zasada termodynamiki to zasada wzrostu entropii głosząca, że w układzie zamkniętym entropia wzrasta, tzn. różnica potencjałów energetycznych np. różnica temperatur nie maleje. Konsekwencją tej zasady jest niemożność zbudowania perpetuum mobile drugiego rodzaju, tzn. maszyny w sytuacji braku różnicy potencjałów energetycznych (np. różnicy temperatur). Ludwig Boltzmann (niemiecki fizyk) wykazał, że zasada ta ma charakter statystyczny, tzn. że jest spełniona w znacznej większości przypadków, ale dopuszcza również zaistnienie układów izolowanych o malejącej entropii.

Literatura

• Ajdukiewicz K., Język i poznanie, t. I i II, PWN, Warszawa 1965.
• Grobler A., Metodologia nauk, Wyd. Aureus, Wyd. Znak, Kraków 2008.
• Heller M., Filozofia nauki, Wyd. Naukowe Papieskiej Akademii Teologicznej w Krakowie, Kraków 1992.
• Nagel E., Struktura nauki, PWN, Warszawa 1961.
• Ossowski S., O nauce, PWN, Warszawa 1967.
• Pelc J., Prawa nauki, s. 5-44, w: J. Pelc, M. Przełęcki, K. Szaniawski, Prawa nauki, PWN, Warszawa 1957.
• Popper K., Logika odkrycia naukowego, PWN, Warszawa 1977.
• Such J., O uniwersalności praw nauki, KiW, Warszawa 1972.
• Such J., Problemy weryfikacji wiedzy, PWN, Warszawa 1975.

Zobacz też:
Twierdzenia naukowe
Generalizacje historyczne
Uzasadnianie twierdzeń naukowych