Načelo kauzalnosti (također zvano zakon uzroka i posljedice) je ono koje povezuje jedan proces (uzrok) s drugim procesom ili stanjem (posljedicom), pri čemu je prvi dijelom odgovoran za drugi, a drugi dijelom ovisi o prvom. Ovo je jedan od glavnih zakona logike i fizike. Međutim, nedavno su francuski i australski fizičari isključili princip uzročnosti u optičkom sustavu koji su nedavno stvorili umjetno.
Općenito, svaki proces ima mnogo uzroka koji su mu uzročni čimbenici, a svi oni leže u njegovoj prošlosti. Jedan učinak, pak, može biti uzrok mnogih drugih učinaka, a svi oni leže u njegovoj budućnosti. Uzročnost ima metafizičku vezu s pojmovima vremena i prostora, a kršenje načela kauzalnosti smatra se ozbiljnom logičkom pogreškom u gotovo svim modernim znanostima.
Suština koncepta
Kauzalnost je apstrakcija koja ukazuje na to kako se svijet razvija, te je stoga glavni koncept sklonijiobjasniti različite koncepte progresije. To je na neki način povezano s konceptom učinkovitosti. Da bi se razumjelo načelo kauzalnosti (osobito u filozofiji, logici i matematici), potrebno je imati dobro logičko mišljenje i intuiciju. Ovaj koncept je široko zastupljen u logici i lingvistici.
Kauzalnost u filozofiji
U filozofiji se načelo kauzalnosti smatra jednim od osnovnih principa. Aristotelova filozofija koristi riječ "uzrok" da znači "objašnjenje" ili odgovor na pitanje "zašto?", uključujući materijalne, formalne, učinkovite i konačne "uzroke". Prema Aristotelu, "uzrok" je i objašnjenje svega. Tema kauzalnosti ostaje središnja u suvremenoj filozofiji.
Relativnost i kvantna mehanika
Da biste razumjeli što kaže princip kauzalnosti, morate biti upoznati s teorijama relativnosti Alberta Einsteina i osnovama kvantne mehanike. U klasičnoj fizici učinak ne može nastupiti prije nego se pojavi njegov neposredni uzrok. Načelo kauzalnosti, načelo istine, načelo relativnosti su međusobno usko povezani. Na primjer, u Einsteinovoj specijalnoj teoriji relativnosti, kauzalnost znači da se učinak ne može dogoditi bez obzira na uzrok koji nije u stražnjem (prošlom) svjetlosnom stošcu događaja. Isto tako, uzrok ne može imati učinak izvan svog (budućeg) svjetlosnog stošca. Ovo apstraktno i dugotrajno Einsteinovo objašnjenje, nejasno čitatelju daleko od fizike, dovelo je do uvodaprincip kauzalnosti u kvantnoj mehanici. U svakom slučaju, Einsteinova ograničenja su u skladu s razumnim uvjerenjem (ili pretpostavkom) da uzročni utjecaji ne mogu putovati brže od brzine svjetlosti i/ili protoka vremena. U kvantnoj teoriji polja opaženi događaji s ovisnošću poput prostora moraju komutirati, tako da redoslijed promatranja ili mjerenja promatranih objekata ne utječe na njihova svojstva. Za razliku od kvantne mehanike, princip kauzalnosti klasične mehanike ima potpuno drugačije značenje.
Newtonov drugi zakon
Uzročnost se ne smije brkati s Newtonovim drugim zakonom održanja zamaha, jer je ova zbrka posljedica prostorne homogenosti fizikalnih zakona.
Jedan od zahtjeva principa kauzalnosti, koji vrijedi na razini ljudskog iskustva, jest da uzrok i posljedica moraju biti posredovani u prostoru i vremenu (zahtjev kontakta). Taj je zahtjev bio vrlo važan u prošlosti, prvenstveno u procesu izravnog promatranja uzročnih procesa (npr. guranje kolica), a drugo, kao problematičan aspekt Newtonove teorije gravitacije (privlačenje Zemlje Suncem). kroz djelovanje na daljinu), zamjenjujući mehaničke prijedloge poput Descartesove teorije vrtloga. Načelo kauzalnosti često se smatra poticajem za razvoj teorija dinamičkog polja (na primjer, Maxwellove elektrodinamike i Einsteinove opće teorije relativnosti) koje objašnjavaju temeljna pitanja fizike puno bolje odspomenuta Descartesova teorija. Nastavljajući temu klasične fizike, možemo se prisjetiti doprinosa Poincaréa - princip kauzalnosti u elektrodinamici, zahvaljujući njegovom otkriću, postao je još relevantniji.
Empirika i metafizika
Averzija empirista prema metafizičkim objašnjenjima (kao što je Descartesova teorija vrtloga) ima snažan utjecaj na ideju o važnosti kauzalnosti. Sukladno tome, pretencioznost ovog koncepta je umanjivana (na primjer, u Newtonovim hipotezama). Prema Ernstu Machu, koncept sile u Newtonovom drugom zakonu bio je "tautološki i suvišan".
Uzročnost u jednadžbama i formulama za izračun
Jednadžbe jednostavno opisuju proces interakcije, bez potrebe da se jedno tijelo tumači kao uzrok gibanja drugog i predvidi stanje sustava nakon što se ovo kretanje završi. Uloga principa kauzalnosti u matematičkim jednadžbama je sekundarna u usporedbi s fizikom.
Odbitak i nomologija
Mogućnost vremenski neovisnog pogleda na uzročnost leži u osnovi deduktivno-nomološkog (D-N) pogleda na znanstveno objašnjenje događaja koje se može ugraditi u znanstveni zakon. U prikazu D-N pristupa kaže se da je fizičko stanje objašnjivo ako se primjenom (determinističkog) zakona može dobiti iz zadanih početnih uvjeta. Takvi početni uvjeti mogu uključivati impulse i međusobnu udaljenost zvijezda, ako govorimo, na primjer, o astrofizici. Ovo "determinističko objašnjenje" ponekad se naziva kauzalnim.determinizam.
Determinizam
Loša strana D-N gledišta je to što su načelo kauzalnosti i determinizma manje-više identificirani. Stoga se u klasičnoj fizici pretpostavljalo da su sve pojave uzrokovane (tj. određene) ranijim događajima u skladu s poznatim zakonima prirode, što je kulminiralo tvrdnjom Pierre-Simona Laplacea da ako se trenutno stanje svijeta zna iz točnosti, mogla bi se izračunati i njegova buduća i prošla stanja. Međutim, ovaj koncept se obično naziva Laplaceov determinizam (a ne "Laplaceova kauzalnost") jer ovisi o determinizmu u matematičkim modelima - takvom determinizmu kakav je predstavljen, na primjer, u matematičkom Cauchyjevom problemu.
Zbrka kauzalnosti i determinizma posebno je akutna u kvantnoj mehanici - ova znanost je akauzalna u smislu da u mnogim slučajevima ne može identificirati uzroke stvarno opaženih učinaka ili predvidjeti učinke identičnih uzroka, ali, možda, je još uvijek određena u nekim svojim interpretacijama - na primjer, ako se pretpostavlja da se valna funkcija zapravo ne urušava, kao u interpretaciji više svjetova, ili ako je njezin kolaps posljedica skrivenih varijabli, ili jednostavno redefinira determinizam kao vrijednost koja određuje vjerojatnosti, a ne specifični učinci.
Teško o kompleksu: kauzalnost, determinizam i princip kauzalnosti u kvantnoj mehanici
U modernoj fizici, koncept kauzalnosti još uvijek nije u potpunosti shvaćen. Razumijevanjespecijalna teorija relativnosti potvrdila je pretpostavku o uzročnosti, ali su značenje riječi "simultano" učinili ovisnim o promatraču (u smislu u kojem se promatrač shvaća u kvantnoj mehanici). Stoga, relativistički princip kauzalnosti kaže da uzrok mora prethoditi djelovanju prema svim inercijskim promatračima. To je ekvivalentno tvrdnji da su uzrok i njegov učinak odvojeni vremenskim intervalom i da posljedica pripada budućnosti uzroka. Ako vremenski interval razdvaja dva događaja, to znači da se između njih može poslati signal brzinom koja ne prelazi brzinu svjetlosti. S druge strane, ako signali mogu putovati brže od brzine svjetlosti, to bi narušilo uzročnost jer bi omogućilo slanje signala u srednjim intervalima, što znači da bi se barem nekim inercijskim promatračima signal činio kao da kretati se unatrag u vremenu. Iz tog razloga, specijalna teorija relativnosti ne dopušta različitim objektima da međusobno komuniciraju brže od brzine svjetlosti.
Opća relativnost
U općoj relativnosti, princip kauzalnosti generaliziran je na najjednostavniji način: učinak mora pripadati budućem svjetlosnom stošcu svog uzroka, čak i ako je prostor-vrijeme zakrivljeno. Nove suptilnosti moraju se uzeti u obzir u proučavanju kauzalnosti u kvantnoj mehanici i, posebno, u relativističkoj kvantnoj teoriji polja. U kvantnoj teoriji polja, kauzalnost je usko povezana s principom lokalnosti. Međutim, principmjesto u njemu je sporno, budući da uvelike ovisi o tumačenju odabrane kvantne mehanike, posebno za eksperimente s kvantnim zapletom koji zadovoljavaju Bellov teorem.
Zaključak
Unatoč ovim suptilnostima, uzročnost ostaje važan i valjan koncept u fizikalnim teorijama. Na primjer, ideja da se događaji mogu poredati u uzroke i posljedice nužna je kako bi se spriječili (ili barem razumjeli) paradoksi uzročnosti kao što je "paradoks djeda" koji pita: "Što se događa ako putnik ubije svog djeda prije nego što je li ikada sreo svoju baku?"
Efekat leptira
Teorije u fizici, kao što je efekt leptira iz teorije kaosa, otvaraju mogućnosti poput distribuiranih sustava parametara u kauzalnosti.
Srodan način tumačenja efekta leptira je da se na njega vidi razlika između primjene pojma kauzalnosti u fizici i općenitije upotrebe uzročnosti. U klasičnoj (newtonovskoj) fizici, u općem slučaju, uzimaju se u obzir (eksplicitno) samo oni uvjeti koji su nužni i dovoljni za nastanak nekog događaja. Kršenje načela uzročnosti također je kršenje zakona klasične fizike. Danas je to dopušteno samo u marginalnim teorijama.
Načelo kauzalnosti podrazumijeva okidač koji pokreće kretanje objekta. Na isti način može i leptirsmatra se uzrokom tornada u klasičnom primjeru koji objašnjava teoriju efekta leptira.
Uzročnost i kvantna gravitacija
Kauzalna dinamička triangulacija (skraćeno CDT), koju su izumili Renata Loll, Jan Ambjörn i Jerzy Jurkiewicz, a popularizirali Fotini Markopulo i Lee Smolin, pristup je kvantnoj gravitaciji koji je, kao i kvantna gravitacija petlje, neovisan o pozadini. To znači da on ne pretpostavlja nikakvu već postojeću arenu (dimenzionalni prostor), već pokušava pokazati kako se struktura samog prostora-vremena postupno razvija. Konferencija Loops '05, koju su organizirali mnogi teoretičari kvantne gravitacije petlje, uključivala je nekoliko prezentacija koje su raspravljale o CDT-u na profesionalnoj razini. Ova konferencija izazvala je značajan interes znanstvene zajednice.
U velikoj mjeri, ova teorija rekreira poznati 4-dimenzionalni prostor-vrijeme, ali pokazuje da prostor-vrijeme mora biti dvodimenzionalno na Planckovoj ljestvici i pokazati fraktalnu strukturu na dijelovima konstantnog vremena. Koristeći strukturu zvanu simpleks, dijeli prostor-vrijeme na male trokutaste dijelove. Simpleks je generalizirani oblik trokuta u različitim dimenzijama. Trodimenzionalni simpleks se obično naziva tetraedar, dok je četverodimenzionalni glavni građevni blok u ovoj teoriji, također poznat kao pentatop ili pentakoron. Svaki simpleks je geometrijski ravan, ali se simpleksi mogu "zalijepiti" zajedno na razne načine kako bi se stvorili zakrivljeni prostori. U slučajevima kada su prethodniPokušavajući triangulirati kvantne prostore proizveli su miješane svemire s previše dimenzija, ili minimalne svemire s premalo, CDT izbjegava ovaj problem dopuštajući samo konfiguracije gdje uzrok prethodi bilo kakvom učinku. Drugim riječima, vremenski okviri svih povezanih bridova simplesa, prema CDT konceptu, moraju se međusobno podudarati. Dakle, možda uzročnost leži u osnovi geometrije prostor-vremena.
Teorija uzročno-posljedičnih odnosa
U teoriji uzročno-posljedičnih veza, kauzalnost zauzima još istaknutije mjesto. Temelj ovog pristupa kvantnoj gravitaciji je teorem Davida Malamenta. Ovaj teorem kaže da je uzročna struktura prostora i vremena dovoljna da obnovi svoju konformnu klasu. Stoga je poznavanje konformnog faktora i uzročne strukture dovoljno za poznavanje prostor-vremena. Na temelju toga, Raphael Sorkin je predložio ideju o kauzalnim vezama, što je u osnovi diskretni pristup kvantnoj gravitaciji. Uzročna struktura prostor-vremena predstavljena je kao primordijalna točka, a konformni faktor može se ustanoviti identificiranjem svakog elementa ove primordijalne točke jediničnim volumenom.
Što načelo kauzalnosti kaže u upravljanju
Za kontrolu kvalitete u proizvodnji, 1960-ih, Kaworu Ishikawa je razvio dijagram uzroka i posljedice poznat kao "Ishikawa dijagram" ili "dijagram ribljeg ulja". Dijagram kategorizira sve moguće uzroke u šest glavnihkategorije koje se izravno prikazuju. Te se kategorije zatim dijele na manje potkategorije. Ishikawa metoda identificira "uzroke" međusobnog pritiska različitih skupina uključenih u proizvodni proces tvrtke, tvrtke ili korporacije. Ove grupe se zatim mogu označiti kao kategorije na grafikonima. Korištenje ovih dijagrama danas nadilazi kontrolu kvalitete proizvoda, a koriste se i u drugim područjima upravljanja, kao i u području inženjerstva i građevinarstva. Ishikawine sheme su kritizirane jer nisu razlikovale potrebne i dovoljne uvjete za nastanak sukoba između skupina uključenih u proizvodnju. Ali čini se da Ishikawa nije ni razmišljao o tim razlikama.
Determinizam kao svjetonazor
Deterministički svjetonazor vjeruje da se povijest svemira može iscrpno predstaviti kao progresija događaja, koji predstavlja kontinuirani lanac uzroka i posljedica. Radikalni deterministi, na primjer, sigurni su da ne postoji nešto poput "slobodne volje", budući da je sve na ovom svijetu, po njihovom mišljenju, podložno principu korespondencije i uzročnosti.
