Als Naturgesetz wird in den Naturwissenschaften und in der Wissenschaftstheorie die orts- und zeitunabhängige und auf Naturkonstanten beruhende Regelmäßigkeit von Naturerscheinungen bezeichnet. Die Pluralform „Naturgesetze“ bezeichnet darüber hinaus die Gesamtheit dieser Regelmäßigkeiten, einschließlich solcher, die noch nicht entdeckt oder formuliert wurden, unabhängig von ihrer spezifischen Formulierung. Die Naturgesetze sind durch den Menschen nicht beeinflussbar im Gegensatz zu staatlichen und sozialen Gesetzen. Eine genaue, einheitliche und abschließende Definition des Begriffs existiert derzeit nicht.
Allgemeines Außerhalb der Rechtswissenschaft (hier gibt es formale Gesetze) spricht man in den übrigen Wissenschaften von einem Gesetz oder einer Gesetzmäßigkeit, wenn aus einer Theorie oder Beobachtung orts-, zeit- und kulturunabhängige allgemeingültige Aussagen abgeleitet werden, die weltweit dauerhaft, aber nicht immer ausnahmslos, gelten. Naturgesetze sind in der Naturwissenschaft dagegen ausnahmslos geltende Regeln für den Ablauf des Naturgeschehens.Max Apel/Peter Ludz, Philosophisches Wörterbuch, 1958, S. 110; ISBN 978-3-11-006729-3 Die Abgrenzung gegenüber den Gesetzen der Einzelwissenschaften (insbesondere gegenüber den physikalischen Gesetzen als Grundlage der Naturwissenschaften) sowie das wahre Wesen der Naturgesetze (Abstraktion oder ontologische Tatsache) und zudem die Frage, ob auch Axiome wissenschaftlicher Modelle und chemische, physikalische oder kosmologische Konstanten zu ihnen zählen, sind Gegenstand anhaltender Debatten.
Beispielsweise ist die Lichtgeschwindigkeit eine solche Naturkonstante, welche die absolute Grenzgeschwindigkeit im Universum darstellt; kausale Zusammenhänge (Ursache-Wirkung-Beziehungen) können sich nicht schneller ausbreiten. Licht und andere elektromagnetischen Wellen breiten sich im Vakuum mit dieser Geschwindigkeit aus, ebenso Gravitationswellen. Das entsprechende Naturgesetz besagt, dass die Geschwindigkeit materieller Körper (z. B. Elementarteilchen mit Masse) sich bei hoher Energiezufuhr der Lichtgeschwindigkeit nähern, sie aber nicht erreichen kann.
Durch die Entwicklung der modernen Physik und den damit verbundenen Reduktionismus und Naturalismus hat sich ein paradigmatisches Verständnis von Naturgesetzen als notwendiger Regelmäßigkeit in Abfolgen von beobachtbaren Ereignissen herausgebildet, die ausnahmslos alle Ereignisse ihres jeweiligen Typs bestimmen. Dadurch wurden einige wissenschaftliche Regeln aus dem Bestand der Naturgesetze ausgeschlossen. Formal wird von wissenschaftlichen wie von Naturgesetzen erwartet, dass sie erlauben, beobachtbare Ereignisse zu erklären und vorherzusagen. Dieses Kriterium reicht jedoch für die Abgrenzung nicht aus: Die Frage nach der Kausalität, insbesondere im Fall bestätigter statistischer Gesetze, und ihrer Verifizierbarkeit ist ein weiteres Problem. In der Debatte um wissenschaftliche Gesetze betont das eine Lager (nach David Hume) die Regularität, was ein Verständnis statistischer Gesetze als Ausdrücke von Naturgesetzen ermöglicht, das andere die Notwendigkeit einer zugrunde liegenden Ursache-Wirkungs-Beziehung.
Zwischen den aktuell als gültig angesehenen wissenschaftlichen Gesetzen der Einzelwissenschaften (selbst der Physik) einerseits und Naturgesetzen im allgemeinen Sinn besteht zumindest dem Anspruch nach ein Unterschied. So wird z. B. im Pragmatismus oder Falsifikationismus angenommen, dass die wissenschaftlichen Gesetze nur eine Annäherung an die Naturgesetze darstellen, die Ausdruck einer das Naturgeschehen bestimmenden Notwendigkeit sind. Der logische Positivismus betrachtet dagegen die Naturgesetze lediglich als aus dem beobachteten Naturgeschehen abgeleitete Regeln, die sich erfahrungsgemäß immer wieder bestätigen; er geht davon aus, dass über die Erfahrung hinausgehend keine sinnvolle Aussage getroffen werden kann (Sinnkriterium des Empirismus).
Begriffsgeschichte Antike Den antiken griechischen Autoren war der Begriff des Naturgesetzes fremd, er wurde in dieser Form nicht verwendet.Brigitte Falkenburg, Naturgesetz, Kausalität, Determinismus, in Thomas Kirchhoff/Nicole C. Karafyllis, Naturphilosophie: Ein Lehr- und Studienbuch, Mohr Siebeck, Tübingen, 2017, UTB Band 4769, ISBN 978-3-8252-4769-0 Der griechische Begriff für Gesetz () wurde spezifisch für willentlich gesetzte Normen und Regeln verwendet, er konnte auch „Gewohnheit“ bedeuten. Der Begriff der Natur () wurde geradezu als Gegensatz verstandenDieter Bremer, Von der Physis zur Natur. Eine griechische Konzeption und ihr Schicksal, in: Zeitschrift für philosophische Forschung 43, 1989, S. 241–264., er stand für die natürliche, nicht veränderbare Ordnung, etwa von Heraklit als Logos (Vernunft, Sinn) und von Anaximander Nous (Geist, Vernunft) bezeichnet. Dies ging über lediglich beobachtete Regelmäßigkeiten weit hinaus, die ohnehin kein griechischer Denker als irgendwie relevant für so grundlegende Prinzipien anerkannt hätte, hier ging es nicht um die Dinge selbst, sondern um die Grundlagen, die letzten Bestimmungen, aus denen alle Dinge gebildet sind (je nach philosophischer Schule etwa das Feuer, die Elemente, die Atome …). Zwar kannten die Griechen die Vorstellung von Gesetzen, die nicht von Menschen gesetzt worden sind ()Nomos, in: Anthony Preus, Historical dictionary of ancient Greek philosophy, Scarecrow Press, Lanham, 2007. ISBN 978-0-8108-5487-1, diese entsprechen aber eher dem Naturrecht. Im umfangreich überlieferten Werk des Platon und des Aristoteles findet sich der Ausdruck des Naturgesetzes je einmal, und auch das eher in referierendem Zusammenhang. Der Begriff des Naturgesetzes tauchte ersichtlich erstmals bei Platon im Zusammenhang mit der Bewegung menschlicher Körper auf.Platon, Timaios, passim Zwar schufen die Hebelgesetze des Archimedes die Grundlage für die Mechanik, doch erwähnte er den Begriff nicht.
In der Spätantike, vermittelt vor allem von römischen Autoren, wird in der philosophischen Schule der Stoa dann öfter von lex naturae, also dem Naturgesetz, gesprochen. Erst die Stoiker entwickelten das Konzept eines kosmologischen Gesetzes.Jane E. Ruby, The Origins of Scientific Law, in: Journal of the History of Ideas 47 (3), 1986, S. 354 Dies wird dadurch vermittelt, dass für die stoischen Philosophen die Welt selbst Gott ist, so dass der göttliche Wille, wie ein Gesetzgeber, Regeln erlassen kann. Dies betraf zunächst moralische Regeln, die dann später auch auf natürliche Regelmäßigkeiten übertragen worden sind.Wolfgang Kullmann, Naturgesetz in der Vorstellung der Antike, besonders der Stoa. Eine Begriffsuntersuchung, Philosophie der Antike 30, Franz Steiner, Stuttgart, 2010, ISBN 978-3-515-09633-1 Damit erfolgt eine Übertragung der Vorstellung eines selbst bestimmten Handelns bzw. der Bestimmung des Handelns durch Herrschaft auf die Natur.Holm Tetens, Eintrag „Naturgesetz“ in: Jürgen Mittelstraß/Gereon Wolters (Hrsg.), Enzyklopädie Philosophie und Wissenschaftstheorie, J. B. Metzler, 2004, Band 2: H-O, ISBN 978-3-476-02012-3, S. 968–970. Zenon von Kition, dem Begründer der Stoa, zufolge (überliefert durch Cicero) sei das Naturgesetz göttlich und habe die Macht, das Richtige zu befehlen und das Gegenteilige zu verbieten. Cicero selbst definierte als Naturgesetz ()) „ein von einem Gott eingerichtetes Gesetz aller Dinge…“.Robert Schnepf, Gutes Handeln und der Lauf der Natur, 2006, S. 90
Wirkmächtig für das antike griechische Verständnis der Natur war die Zahlenlehre der Pythagoräer, einer philosophischen Schule und sektenartigen Gemeinschaft, die sich auf die überwiegend geheimen Lehren des Pythagoras berief. In der Naturphilosophie des Pythagoräers Philolaos liegen der Ordnung des Kosmos Verhältnisse von Zahlen zugrunde, die eine Harmonie begründen. Ausgelöst wurde dies durch die Entdeckung der ganzzahligen Verhältnisse in der musikalischen Harmonik.Wiebrecht Ries, Die Philosophie der Antike, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 2005; ISBN 3-534-17480-1 Der Gedanke, dass sich das Wesen der Natur in Zahlen und ihren Verhältnissen ausdrücken lasse, erwies sich in der Folge als sehr einflussreich.Samuel Sambursky, Nature and Number, in: The Physical World of the Greeks, Princeton University Press, 1956, (translated 1987). ISBN 0-691-08477-7 Konzepte der antiken griechischen Philosophie, die heute unter Naturgesetze gefasst werden, beruhen auf mathematischen Proportionen, so die Hebelgesetze des Archimedes. Das pythagoräische Denken führte dazu, dass das Wesen der Natur eher in Theoremen und Axiomen gesucht wurde.
Mittelalter Die antiken philosophischen Konzepte sind über die Schriften der Kirchenväter in die christliche Philosophie und Theologie des Mittelalters vermittelt worden. Der einflussreichste Denker war Augustinus. Dieser war stark von stoischen Vorstellungen, die in der Spätantike den meisten philosophischen Denkern gemein waren, beeinflusst. Für Augustinus gab es zwei Quellen des menschlichen Wissens, die beide auf Gott zurückgehen. Neben der Bibel als der offenbarten Schrift Gottes tritt das Buch der Natur.Hubert Herkommer, Buch der Schrift und Buch der Natur. Zur Spiritualität der Welterfahrung im Mittelalter, mit einem Ausblick auf ihren Wandel in der Neuzeit, in: Zeitschrift für schweizerische Archäologie und Kunstgeschichte 43 (1), 1986, S. 167–178. Der stoische Begriff des Naturgesetzes wird von Denkern wie ihm oder Basileios übertragen und bezeichnet nun ein von Gott erlassenes Gesetz. Das Naturgesetz ist hier zugleich präskriptiv (vorschreibend) und deskriptiv (beschreibend). In den Werken mittelalterlicher Denker wird der Ausdruck in diesem Sinn regelmäßig verwendet. In den Lehrgedichten des Alain von Lille legt die personifizierte Natur ihre Gesetze dar, Roger Bacon im dreizehnten und Wilhelm von Ockham im vierzehnten Jahrhundert verwenden den Begriff regelmäßig. Nach Heinrich von Langenstein bewegen sich die Kometen „secundum legem agencium naturaliter“.Yael Kedar, Laws of Nature, in Henrik Lagerlund (Hrsg.), Encyclopedia of Medieval Philosophy. Philosophy between 500 and 1500, Springer, 2011, ISBN 978-1-4020-9728-7 Als wichtig für die spätere Entwicklung erwies sich, neben der Unabhängigkeit der natürlichen Erscheinungen, die neben der offenbarten Schrift, die sie immer bestätigten, eine legitime Erkenntnisquelle sei, dass sie überzeugt davon waren, dass Gott die Welt so geschaffen habe, dass sie von der menschlichen Vernunft erfasst werden könne. Die christlichen Autoren können nach ihrem Selbstverständnis die antike Weisheit nicht nur nutzen, sondern sogar übertreffen, da ihnen alle seitdem neu gemachten Entdeckungen zusätzlich zur Verfügung stünden. Robert Grosseteste und Roger Bacon machten so, auf den Werken arabischer Gelehrter wie Hunain ibn Ishāq aufbauend, als erste konkrete physikalische Gesetze die bereits in der Antike entdeckten Reflexions- und Brechungsgesetze im Abendland wieder bekannt.A.C. Crombie & J.D. North: Roger Bacon. in A.C. Crombie: Science, Art and Nature in medieval and modern thought. Hambledon Press, London 1996. ISBN 1-85285-067-1 Allerdings wurden Theoretiker wie Wilhelm von Conches, die die Autonomie der Ordnung der Natur stark betonten, von anderen Theologen deswegen heftig angefeindet.