Ich bekomme häufig E-Mails, in denen ich wissen möchte, ob Gravitation ein Gesetz oder eine Theorie ist. Diese Frage wirft so viele weitere Fragen auf, dass ich dachte, es würde Spaß machen, sie zu erforschen.
Um dies zu versuchen, benötigen Sie:
– ein Objekt zum Ablegen.
OK, wählen Sie ein Objekt, das nicht bricht, den Boden verbeult, ein Durcheinander verursacht oder einen von uns in Schwierigkeiten bringt. Halten Sie es vor sich und lassen Sie es los. Was passiert? Es fällt, es sei denn, Sie haben einen Heliumballon ausgewählt. In diesem Fall bewirkt die Schwerkraft, dass es nach oben schwimmt, indem es mit mehr Kraft auf die Luft um den Ballon herum nach unten zieht. Die Anziehungskraft zwischen der Erde und dem Objekt zieht es zum Boden. Aber wenn wir dieses Experiment machen, sollten wir über das Gesetz der Schwerkraft oder die Theorie der Schwerkraft sprechen?
Eigentlich sollten wir über beides sprechen. Um zu verstehen warum, müssen wir die wissenschaftliche Bedeutung der Wörter „Gesetz“ und „Theorie“ verstehen.“
In der Sprache der Wissenschaft beschreibt das Wort „Gesetz“ eine analytische Aussage. Es gibt uns eine Formel, die uns sagt, was die Dinge tun werden. Zum Beispiel sagt uns das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation:
„Jede Punktmasse zieht jede einzelne Punktmasse durch eine Kraft an, die entlang der Linie zeigt, die beide Punkte schneidet. Die Kraft ist direkt proportional zum Produkt der beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Punktmassen.“
Wenn wir also die Masse zweier Objekte und den Abstand zwischen dem Massenmittelpunkt der beiden Objekte kennen, können wir die Anziehungskraft zwischen der Erde und dem Objekt berechnen, das Sie fallen gelassen haben, zwischen Sonne und Mars oder zwischen mir und einer Schüssel Eis. Wir können das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation verwenden, um zu berechnen, wie stark die Anziehungskraft zwischen der Erde und dem Objekt, das Sie fallen gelassen haben, ist, was uns seine Beschleunigung berechnen lassen würde, wie lange es dauern wird, um den Boden zu treffen, wie schnell es beim Aufprall gehen würde, wie viel Energie es braucht, um es wieder aufzunehmen, etc.
Während das Gesetz uns ziemlich viel darüber berechnen lässt, was passiert, beachten Sie, dass es uns nichts darüber sagt, WARUM es passiert. Dafür sind Theorien da. In der Sprache der Wissenschaft ist eine Theorie eine Erklärung dafür, warum und wie Dinge passieren. Für die Schwerkraft verwenden wir Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, um zu erklären, warum Dinge fallen. Eine Theorie beginnt als eine oder mehrere Hypothesen, ungetestete Ideen darüber, warum etwas passiert. Zum Beispiel könnte ich eine Hypothese vorschlagen, dass das Objekt, das Sie freigegeben haben, gefallen ist, weil es vom Erdmagnetfeld gezogen wurde. Sobald wir mit dem Testen begonnen hatten, dauerte es nicht lange, bis wir herausfanden, dass meine Hypothese nicht durch die Beweise gestützt wurde. Nichtmagnetische Objekte fallen mit der gleichen Geschwindigkeit wie magnetische Objekte. Weil es nicht durch die Beweise gestützt wurde, erhält meine Hypothese nicht den Status einer Theorie. Um eine wissenschaftliche Theorie zu werden, muss eine Idee gründlich getestet werden und muss eine genaue und vorhersagende Beschreibung der natürlichen Welt sein.Während sich Gesetze selten ändern, ändern sich Theorien häufig, wenn neue Beweise entdeckt werden. Anstatt wegen neuer Beweise verworfen zu werden, Theorien werden oft überarbeitet, um die neuen Beweise in ihre Erklärung aufzunehmen. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat sich angepasst, da neue Technologien und neue Beweise unsere Sicht auf das Universum erweitert haben. Wenn wir also die Schwerkraft wissenschaftlich diskutieren, können wir über das Gesetz der Schwerkraft sprechen, das die Anziehung zwischen zwei Objekten beschreibt, und wir können auch über die Theorie der Schwerkraft sprechen, die beschreibt, warum sich die Objekte gegenseitig anziehen.