Zasada przyczynowości (zwana również prawem przyczyny i skutku) to ta, która wiąże jeden proces (przyczynę) z innym procesem lub stanem (skutkiem), gdzie pierwszy jest częściowo odpowiedzialny za drugi, a drugi jest częściowo zależny od pierwszego. To jedno z głównych praw logiki i fizyki. Jednak ostatnio francuscy i australijscy fizycy wyłączyli zasadę przyczynowości w sztucznie stworzonym niedawno układzie optycznym.
Ogólnie rzecz biorąc, każdy proces ma wiele przyczyn, które są dla niego przyczynami, a wszystkie z nich leżą w jego przeszłości. Jeden efekt z kolei może być przyczyną wielu innych skutków, z których wszystkie leżą w jego przyszłości. Przyczynowość ma metafizyczny związek z pojęciami czasu i przestrzeni, a naruszenie zasady przyczynowości jest uważane za poważny błąd logiczny w prawie wszystkich współczesnych naukach.
Istota koncepcji
Przyczynowość to abstrakcja, która wskazuje, w jaki sposób ewoluuje świat, i dlatego jest główną koncepcją bardziej podatną nawyjaśnić różne koncepcje progresji. Jest to w pewnym sensie związane z pojęciem efektywności. Aby zrozumieć zasadę przyczynowości (zwłaszcza w filozofii, logice i matematyce), trzeba mieć dobre logiczne myślenie i intuicję. Ta koncepcja jest szeroko reprezentowana w logice i językoznawstwie.
Przyczynowość w filozofii
W filozofii zasada przyczynowości jest uważana za jedną z podstawowych zasad. Filozofia Arystotelesa używa słowa „przyczyna” w znaczeniu „wyjaśnienie” lub odpowiedź na pytanie „dlaczego?”, w tym materialne, formalne, skuteczne i ostateczne „przyczyny”. Według Arystotelesa „przyczyna” jest także wyjaśnieniem wszystkiego. Temat przyczynowości pozostaje w centrum współczesnej filozofii.
Względność i mechanika kwantowa
Aby zrozumieć, co mówi zasada przyczynowości, musisz znać teorie względności Alberta Einsteina i podstawy mechaniki kwantowej. W fizyce klasycznej efekt nie może wystąpić przed pojawieniem się jego bezpośredniej przyczyny. Zasada przyczynowości, zasada prawdy, zasada względności są ze sobą dość ściśle powiązane. Na przykład w szczególnej teorii względności Einsteina przyczynowość oznacza, że skutek nie może wystąpić niezależnie od przyczyny, która nie znajduje się w tylnym (przeszłym) stożku świetlnym zdarzenia. Podobnie przyczyna nie może mieć skutków poza swoim (przyszłym) stożkiem światła. To abstrakcyjne i obszerne wyjaśnienie Einsteina, niejasne dla czytelnika z dala od fizyki, doprowadziło do wprowadzeniazasada przyczynowości w mechanice kwantowej. Tak czy inaczej, ograniczenia Einsteina są zgodne z rozsądnym przekonaniem (lub założeniem), że wpływy przyczynowe nie mogą przemieszczać się szybciej niż prędkość światła i/lub upływ czasu. W kwantowej teorii pola obserwowane zdarzenia z zależnością przestrzenną muszą się komutować, więc kolejność obserwacji lub pomiarów obserwowanych obiektów nie wpływa na ich właściwości. W przeciwieństwie do mechaniki kwantowej zasada przyczynowości mechaniki klasycznej ma zupełnie inne znaczenie.
Drugie prawo Newtona
Przyczynowości nie należy mylić z drugim prawem zachowania pędu Newtona, ponieważ to pomieszanie jest konsekwencją przestrzennej jednorodności praw fizycznych.
Jednym z wymogów zasady przyczynowości, obowiązującej na poziomie ludzkiego doświadczenia, jest to, że przyczyna i skutek muszą być zapośredniczone w przestrzeni i czasie (wymóg kontaktu). Wymóg ten był w przeszłości bardzo ważny, przede wszystkim w procesie bezpośredniej obserwacji procesów przyczynowych (np. pchanie wózka), a po drugie jako problematyczny aspekt teorii grawitacji Newtona (przyciąganie Ziemi przez Słońce). poprzez działanie na odległość), zastępując propozycje mechanistyczne, takie jak teoria wirów Kartezjusza. Zasada przyczynowości jest często postrzegana jako bodziec do rozwoju teorii pola dynamicznego (na przykład elektrodynamiki Maxwella i ogólnej teorii względności Einsteina), które wyjaśniają fundamentalne kwestie fizyki znacznie lepiej niżwspomniana teoria Kartezjusza. Kontynuując temat fizyki klasycznej, możemy przypomnieć wkład Poincarégo - zasada przyczynowości w elektrodynamice, dzięki jego odkryciu, stała się jeszcze bardziej aktualna.
Empiryka i metafizyka
Awersja empirystów do wyjaśnień metafizycznych (takich jak teoria wirów Kartezjusza) ma silny wpływ na ideę znaczenia przyczynowości. W związku z tym pretensjonalność tej koncepcji została zbagatelizowana (np. w Hipotezach Newtona). Według Ernsta Macha koncepcja siły w drugim prawie Newtona była „tautologiczna i zbędna”.
Przyczynowość w równaniach i wzorach obliczeniowych
Równania opisują po prostu proces interakcji, bez potrzeby interpretowania jednego ciała jako przyczyny ruchu drugiego i przewidywania stanu systemu po zakończeniu tego ruchu. Rola zasady przyczynowości w równaniach matematycznych jest drugorzędna w porównaniu z fizyką.
Odliczenie i nomologia
Możliwość niezależnego od czasu poglądu na przyczynowość leży u podstaw poglądu dedukcyjno-nomologicznego (D-N) naukowego wyjaśnienia zdarzenia, które można włączyć do prawa naukowego. W przedstawieniu podejścia D-N mówi się, że stan fizyczny można wyjaśnić, jeśli, stosując (deterministyczne) prawo, można go uzyskać z danych warunków początkowych. Takie warunki początkowe mogą obejmować pęd i odległość od siebie gwiazd, jeśli mówimy na przykład o astrofizyce. To „deterministyczne wyjaśnienie” jest czasami nazywane przyczynowymi.determinizm.
Determinizm
Wadą poglądu D-N jest to, że zasada przyczynowości i determinizmu są mniej lub bardziej zidentyfikowane. Tak więc w fizyce klasycznej przyjęto, że wszystkie zjawiska zostały wywołane (tj. zdeterminowane) wcześniejszymi zdarzeniami zgodnie ze znanymi prawami natury, czego kulminacją było stwierdzenie Pierre-Simon Laplace'a, że gdyby aktualny stan świata był znany z dokładności, można było również obliczyć jego przyszłe i przeszłe stany. Jednak ta koncepcja jest powszechnie określana jako determinizm Laplace'a (a nie „przyczynowość Laplace'a”), ponieważ zależy ona od determinizmu w modelach matematycznych - takiego determinizmu, jaki jest reprezentowany na przykład w matematycznym problemie Cauchy'ego.
Pomieszanie przyczynowości i determinizmu jest szczególnie dotkliwe w mechanice kwantowej – ta nauka jest bezprzyczynowa w tym sensie, że w wielu przypadkach nie może zidentyfikować przyczyn faktycznie obserwowanych skutków ani przewidzieć skutków identycznych przyczyn, ale być może jest nadal zdeterminowany w niektórych jego interpretacjach - na przykład, jeśli zakłada się, że funkcja falowa faktycznie nie zapada się, jak w interpretacji wielu światów, lub jeśli jej upadek jest spowodowany ukrytymi zmiennymi, lub po prostu redefiniuje determinizm jako wartość, która determinuje prawdopodobieństwa, a nie konkretne efekty.
Trudny kompleks: przyczynowość, determinizm i zasada przyczynowości w mechanice kwantowej
We współczesnej fizyce pojęcie przyczynowości wciąż nie jest w pełni zrozumiałe. Zrozumienieszczególna teoria względności potwierdziła założenie o przyczynowości, ale uzależniła znaczenie słowa „symultaniczny” od obserwatora (w sensie, w jakim obserwator jest rozumiany w mechanice kwantowej). Dlatego relatywistyczna zasada przyczynowości mówi, że przyczyna musi poprzedzać działanie według wszystkich obserwatorów inercyjnych. Jest to równoznaczne z powiedzeniem, że przyczyna i jej skutek są oddzielone odstępem czasu i że skutek należy do przyszłości przyczyny. Jeżeli odstęp czasowy dzieli dwa zdarzenia, oznacza to, że sygnał może być przesyłany między nimi z prędkością nieprzekraczającą prędkości światła. Z drugiej strony, gdyby sygnały mogły poruszać się szybciej niż prędkość światła, naruszałoby to przyczynowość, ponieważ umożliwiałoby wysyłanie sygnału w odstępach pośrednich, co oznacza, że przynajmniej niektórym obserwatorom inercyjnym sygnał wydawałby się cofać się w czasie. Z tego powodu szczególna teoria względności nie pozwala różnym obiektom komunikować się ze sobą szybciej niż prędkość światła.
Ogólna teoria względności
W ogólnej teorii względności zasada przyczynowości jest uogólniona w najprostszy sposób: skutek musi należeć do przyszłego stożka świetlnego jego przyczyny, nawet jeśli czasoprzestrzeń jest zakrzywiona. W badaniu przyczynowości w mechanice kwantowej, aw szczególności w relatywistycznej kwantowej teorii pola, należy uwzględnić nowe subtelności. W kwantowej teorii pola przyczynowość jest ściśle związana z zasadą lokalności. Jednak zasadalokalizacja w nim jest kwestionowana, ponieważ jest wysoce zależna od interpretacji wybranej mechaniki kwantowej, zwłaszcza w przypadku eksperymentów splątania kwantowego, które spełniają twierdzenie Bella.
Wniosek
Pomimo tych subtelności przyczynowość pozostaje ważnym i ważnym pojęciem w teoriach fizycznych. Na przykład pogląd, że zdarzenia można uporządkować w przyczyny i skutki, jest konieczny, aby zapobiec (lub przynajmniej zrozumieć) paradoksom przyczynowości, takim jak „paradoks dziadka”, który pyta: „Co się stanie, jeśli podróżnik zabije dziadka przed poznał kiedyś swoją babcię?”
Efekt motyla
Teorie w fizyce, takie jak efekt motyla z teorii chaosu, otwierają możliwości, takie jak rozproszone systemy parametrów w przyczynowości.
Pokrewnym sposobem interpretacji efektu motyla jest postrzeganie go jako wskazania różnicy między zastosowaniem pojęcia przyczynowości w fizyce a bardziej ogólnym zastosowaniem przyczynowości. W fizyce klasycznej (newtonowskiej) w ogólnym przypadku brane są pod uwagę tylko te warunki, które są konieczne i wystarczające do zajścia zdarzenia. Naruszenie zasady przyczynowości jest także pogwałceniem praw fizyki klasycznej. Dziś jest to dopuszczalne tylko w marginalnych teoriach.
Zasada przyczynowości zakłada wyzwalacz, który rozpoczyna ruch obiektu. W ten sam sposób motyl możetraktowana jako przyczyna tornada w klasycznym przykładzie wyjaśniającym teorię efektu motyla.
Przyczynowość i grawitacja kwantowa
Causal Dynamic Triangulation (w skrócie CDT), wynaleziona przez Renatę Loll, Jana Ambjörna i Jerzego Jurkiewicza i spopularyzowana przez Fotiniego Markopulo i Lee Smolina, to podejście do kwantowej grawitacji, które, podobnie jak pętlowa grawitacja kwantowa, jest niezależne od tła. Oznacza to, że nie zakłada on żadnej wcześniej istniejącej areny (przestrzeni wymiarowej), ale stara się pokazać, jak stopniowo ewoluuje sama struktura czasoprzestrzeni. Konferencja Loops '05, zorganizowana przez wielu teoretyków pętli kwantowej grawitacji, obejmowała kilka prezentacji, które omawiały CDT na profesjonalnym poziomie. Konferencja ta spotkała się z dużym zainteresowaniem środowiska naukowego.
W dużej skali teoria ta odtwarza znaną 4-wymiarową czasoprzestrzeń, ale pokazuje, że czasoprzestrzeń musi być dwuwymiarowa w skali Plancka i pokazywać strukturę fraktalną na wycinkach stałego czasu. Używając struktury zwanej simpleksem, dzieli czasoprzestrzeń na małe trójkątne sekcje. Simpleks to uogólniona forma trójkąta o różnych wymiarach. Trójwymiarowy simpleks jest zwykle nazywany czworościanem, podczas gdy czterowymiarowy jest głównym budulcem tej teorii, znany również jako pentatop lub pentachoron. Każdy simpleks jest geometrycznie płaski, ale można je „skleić” na różne sposoby, tworząc zakrzywione przestrzenie. W przypadkach, w których poprzedniepróby triangulacji przestrzeni kwantowych wytworzyły mieszane wszechświaty o zbyt wielu wymiarach lub minimalne wszechświaty o zbyt małej liczbie, CDT unika tego problemu, dopuszczając jedynie konfiguracje, w których przyczyna poprzedza jakikolwiek skutek. Innymi słowy, ramy czasowe wszystkich połączonych krawędzi sympliców, zgodnie z koncepcją CDT, muszą się pokrywać ze sobą. Być może zatem przyczynowość leży u podstaw geometrii czasoprzestrzeni.
Teoria związków przyczynowo-skutkowych
W teorii związków przyczynowo-skutkowych przyczynowość zajmuje jeszcze bardziej widoczne miejsce. Podstawą tego podejścia do grawitacji kwantowej jest twierdzenie Davida Malamenta. Twierdzenie to stwierdza, że przyczynowa struktura czasoprzestrzeni jest wystarczająca do przywrócenia jej klasy konforemnej. Dlatego do poznania czasoprzestrzeni wystarczy znajomość czynnika konforemnego i struktury przyczynowej. Na tej podstawie Raphael Sorkin zaproponował ideę związków przyczynowych, która jest zasadniczo dyskretnym podejściem do grawitacji kwantowej. Przyczynowa struktura czasoprzestrzeni jest reprezentowana jako punkt pierwotny, a czynnik konforemny można ustalić, identyfikując każdy element tego punktu pierwotnego z jednostką objętości.
Co mówi zasada przyczynowości w zarządzaniu
W celu kontroli jakości w produkcji, w latach 60. Kaworu Ishikawa opracował diagram przyczynowo-skutkowy znany jako „diagram Ishikawy” lub „diagram oleju rybiego”. Diagram dzieli wszystkie możliwe przyczyny na sześć głównychkategorie, które są wyświetlane bezpośrednio. Kategorie te są następnie podzielone na mniejsze podkategorie. Metoda Ishikawy identyfikuje „przyczyny” wzajemnej presji różnych grup zaangażowanych w proces produkcyjny firmy, firmy lub korporacji. Grupy te można następnie oznaczyć na wykresach jako kategorie. Stosowanie tych schematów wykracza obecnie poza kontrolę jakości produktu i są one wykorzystywane w innych obszarach zarządzania, a także w dziedzinie inżynierii i budownictwa. Schematy Ishikawy były krytykowane za brak rozróżnienia między koniecznymi i wystarczającymi warunkami, aby zaistniał konflikt między grupami zaangażowanymi w produkcję. Ale wygląda na to, że Ishikawa nawet nie pomyślał o tych różnicach.
Determinizm jako światopogląd
Deterministyczny światopogląd wierzy, że historię wszechświata można wyczerpująco przedstawić jako rozwój wydarzeń, reprezentujący ciągły łańcuch przyczyn i skutków. Na przykład radykalni determiniści są pewni, że nie ma czegoś takiego jak „wolna wola”, ponieważ wszystko na tym świecie, ich zdaniem, podlega zasadzie korespondencji i przyczynowości.
