Большинство естественно-научных законов имеют определённые границы применимости. Так, законы Ньютона применимы к макроскопическим телам, которые можно считать материальными точками, движущимися в инерциальных системах отсчёта со скоростями, много меньшими скорости света. Закон постоянства состава веществ распространяется только на группу веществ молекулярного строения, называемую дальтонидами.
Как уже говорилось, некоторые законы установлены экспериментально. Например, закон Авогадро, закон сохранения энергии.
Другие законы являются результатом теоретических изысканий. Например, закон взаимосвязи массы и энергии, сформулированный А. Эйнштейном ещё в 1905 г.:
E = mc2,
где E – энергия; m – масса; c – скорость света в вакууме.
Это, пожалуй, самое известное уравнение в физике (рис. 16), олицетворяющее целую концепцию, согласно которой масса тела является мерой заключённой в нём энергии.
Рис. 16. Изображение знаменитого уравнения Эйнштейна: а – на небоскрёбе в столице Тайваня Тайбэе во время празднования года физики (2005); б – на палубе первого атомного авианосца
Экспериментальные факты – это один из элементов системы знаний о природе. Более полными эти знания могут стать только при создании теории для объяснения экспериментальных фактов. Так, предположение о том, что вещества состоят из частиц, находящихся в непрерывном хаотическом движении, оставалось гипотезой и после того, как были поставлены эксперименты, косвенным образом доказывающие его справедливость. И лишь после создания Максвеллом классической статистической теории оно превратилось в истинное знание. Следует понимать, что, говоря об истинности знаний, мы имеем в виду современный этап развития науки. Дальнейшее развитие науки и техники может вносить неожиданные поправки.
В процессе познания важно не только установить законы, но и объяснить, почему данное явление подчиняется тем или иным законам. Здесь на помощь приходит теория. Именно теория, теоретические знания позволяют ответить на вопрос «почему?». Так, в XIX в. учёные обнаружили, что водные растворы некоторых веществ проводят электрический ток. И лишь в 1887 г. выдающимся шведским химиком С. А. Аррениусом (1859–1927) были заложены основы теории электролитической диссоциации, которая позволила объяснить природу электрического тока в растворах и расплавах электролитов.
Теория позволяет не только объяснять явления и свойства вещества, но и предсказывать их. Например, зная тип химической связи в веществе и его растворимость в воде, без проведения эксперимента легко предсказать, будет ли его водный раствор проводить электрический ток.
Более того, научная теория, теоретические знания в конечном