1.3: 自然法则

几个世纪以来，科学家从无数的观察、假设和实验中提取了各种科学定律。 从某种意义上说，这些科学定律是大自然玩游戏的 “规则”。 关于自然的一个引人注目的发现——这是你将在本文中读到的所有内容的基础，那就是同样的定律适用于宇宙中的任何地方。 决定星星运动到如此远以至于你的眼睛看不见它们的规则与击球手击出公园后决定棒球弧线的定律相同。

请注意，如果没有这样的普遍定律的存在，我们就无法在天文学领域取得太大进展。 如果宇宙的每个口袋都有不同的规则，那么我们几乎没有机会解释其他 “社区” 发生了什么。 但是，自然法则的一致性赋予了我们巨大的力量，无需前往遥远的物体并学习当地法则即可了解遥远的物体。 同样，如果一个国家的每个地区都有完全不同的法律，那么开展商业活动甚至很难理解这些不同地区的人们的行为。 但是，一套一致的法律使我们能够将我们在一个州学到或实践的知识应用于任何其他州。

这并不是说我们目前的科学模型和定律无法改变。 新的实验和观测可以产生新的、更复杂的模型，这些模型可以包含有关其行为的新现象和定律。 阿尔伯特·爱因斯坦提出的广义相对论是大约一个世纪前发生的这种转变的完美例子；它使我们预测并最终观察到了一类天文学家称之为黑洞的奇怪的新天体。 只有患者更仔细、更精确地观察自然的过程才能证明这种新的科学模型的有效性。

描述科学模型的一个重要问题与语言的局限性有关。 当我们尝试用日常术语描述复杂的现象时，这些词本身可能不足以完成这项工作。 例如，你可能听说过原子的结构被比作微型太阳系。 尽管我们现代原子模型的某些方面确实使我们想起了行星轨道，但它的许多其他方面却有根本的不同。

这个问题是科学家通常更喜欢用方程而不是文字来描述他们的模型的原因。 在这本旨在介绍天文学领域的书中，我们主要使用文字来讨论科学家学到了什么。 我们避免使用复杂的数学，但是如果这门课程激起了你的兴趣而你继续学习科学，那么你的学习将越来越多地涉及精确的数学语言。