Принципът на причинно-следствената връзка (наричан още закон за причината и следствието) е този, който свързва един процес (причина) с друг процес или състояние (следствие), където първият е частично отговорен за втория, а вторият отчасти зависи от първия. Това е един от основните закони на логиката и физиката. Въпреки това наскоро френски и австралийски физици изключиха принципа на причинно-следствената връзка в оптичната система, която наскоро създадоха изкуствено.
Като цяло всеки процес има много причини, които са причинни фактори за него и всички те лежат в миналото му. Един ефект от своя страна може да бъде причина за много други ефекти, всички от които лежат в неговото бъдеще. Причинно-следствената връзка има метафизическа връзка с концепциите за време и пространство и нарушаването на принципа на причинно-следствената връзка се счита за сериозна логическа грешка в почти всички съвременни науки.
Същността на концепцията
Причинно-следствената връзка е абстракция, която показва как се развива светът и следователно е основното понятие, по-податливо нада обясни различните концепции за прогресия. В известен смисъл е свързано с концепцията за ефективност. За да разбере принципа на причинно-следствената връзка (особено във философията, логиката и математиката), човек трябва да има добро логическо мислене и интуиция. Тази концепция е широко представена в логиката и лингвистиката.
Причинно-следствената връзка във философията
Във философията принципът на причинно-следствената връзка се счита за един от основните принципи. Аристотеловата философия използва думата „причина“да означава „обяснение“или отговор на въпроса „защо?“, включително материални, формални, ефективни и крайни „причини“. Според Аристотел "причината" е и обяснението на всичко. Темата за причинно-следствената връзка остава централна в съвременната философия.
Относителност и квантова механика
За да разберете какво казва принципът на причинно-следствената връзка, трябва да сте запознати с теориите на относителността на Алберт Айнщайн и основите на квантовата механика. В класическата физика ефектът не може да възникне, преди да се появи непосредствената му причина. Принципът на причинно-следствената връзка, принципът на истината, принципът на относителността са доста тясно свързани един с друг. Например, в специалната теория на относителността на Айнщайн, причинно-следствената връзка означава, че ефектът не може да възникне независимо от причината, която не е в задния (минал) светлинен конус на събитието. По същия начин една причина не може да има ефект извън своя (бъдещ) светлинен конус. Това абстрактно и продължително обяснение на Айнщайн, неясно за читателя, далеч от физиката, доведе до въведениетопринцип на причинно-следствената връзка в квантовата механика. Така или иначе, ограниченията на Айнщайн са в съответствие с разумното вярване (или предположение), че причинно-следствените влияния не могат да се движат по-бързо от скоростта на светлината и/или от течението на времето. В квантовата теория на полето наблюдаваните събития с пространствена зависимост трябва да комутират, така че редът на наблюденията или измерванията на наблюдаваните обекти не засяга техните свойства. За разлика от квантовата механика, принципът на причинно-следствената връзка в класическата механика има съвсем различно значение.
Втори закон на Нютон
Причинно-следствената връзка не трябва да се бърка с втория закон на Нютон за запазване на импулса, защото това объркване е следствие от пространствената хомогенност на физическите закони.
Едно от изискванията на принципа на причинно-следствената връзка, валиден на нивото на човешкия опит, е причината и следствието да бъдат медиирани в пространството и времето (изискването за контакт). Това изискване е било много важно в миналото, преди всичко в процеса на директно наблюдение на причинно-следствените процеси (например бутане на количка), и второ, като проблематичен аспект на теорията на гравитацията на Нютон (привличането на Земята от Слънцето чрез действие от разстояние), замествайки механистичните предложения като теорията на Декарт за вихрите. Принципът на причинно-следствената връзка често се разглежда като стимул за развитието на динамични теории на полето (например електродинамиката на Максуел и общата теория на относителността на Айнщайн), които обясняват фундаменталните въпроси на физиката много по-добре отгореспоменатата теория на Декарт. Продължавайки темата за класическата физика, можем да си припомним приноса на Поанкаре - принципът на причинно-следствената връзка в електродинамиката, благодарение на неговото откритие, стана още по-актуален.
Емпирика и метафизика
Отвращението на емпириците към метафизичните обяснения (като теорията на Декарт за вихрите) оказва силно влияние върху идеята за важността на причинно-следствената връзка. Съответно претенциозността на тази концепция е омаловажена (например в Хипотезите на Нютон). Според Ернст Мах концепцията за сила във втория закон на Нютон е „тавтологична и излишна“.
Причинно-следствена връзка в уравненията и формулите за изчисление
Уравненията просто описват процеса на взаимодействие, без да е необходимо едно тяло да се тълкува като причина за движението на друго и да се прогнозира състоянието на системата след завършване на това движение. Ролята на принципа на причинно-следствената връзка в математическите уравнения е второстепенна в сравнение с физиката.
Приспадане и номология
Възможността за независим от времето възглед за причинно-следствената връзка е в основата на дедуктивно-номологичния (D-N) възглед за научно обяснение на събитие, което може да бъде включено в научен закон. При представянето на подхода D-N се казва, че физическото състояние е обяснимо, ако чрез прилагане на (детерминистичен) закон то може да бъде получено от дадени начални условия. Такива начални условия могат да включват импулса и разстоянието една от друга на звездите, ако говорим например за астрофизика. Това "детерминистично обяснение" понякога се нарича каузално.детерминизъм.
Детерминизъм
Недостатъкът на възгледа на D-N е, че принципът на причинно-следствената връзка и детерминизма са повече или по-малко идентифицирани. Така в класическата физика се приемаше, че всички явления са причинени (т.е. определени от) по-ранни събития в съответствие с известни закони на природата, което кулминира в твърдението на Пиер-Симон Лаплас, че ако сегашното състояние на света е известно с точност, неговото бъдеще и минало състояние също могат да бъдат изчислени. Тази концепция обаче обикновено се нарича детерминизъм на Лаплас (а не „каузалност на Лаплас“), тъй като зависи от детерминизма в математическите модели – такъв детерминизъм, какъвто е представен, например, в математическия проблем на Коши.
Объркването на причинно-следствената връзка и детерминизма е особено остро в квантовата механика - тази наука е каузална в смисъл, че в много случаи не може да идентифицира причините за реално наблюдаваните ефекти или да предскаже последиците от идентични причини, но, може би, все още се определя в някои от интерпретациите си - например, ако се приема, че вълновата функция всъщност не се срива, както в интерпретацията на много светове, или ако нейният колапс се дължи на скрити променливи, или просто предефинира детерминизма като стойност, която определя вероятности, а не специфични ефекти.
Трудно за комплекса: причинност, детерминизъм и принципа на причинно-следствената връзка в квантовата механика
В съвременната физика концепцията за причинно-следствената връзка все още не е напълно разбрана. Разбиранеспециалната теория на относителността потвърди предположението за причинно-следствена връзка, но направиха значението на думата "едновременно" в зависимост от наблюдателя (в смисъла, в който наблюдателят се разбира в квантовата механика). Следователно релативисткият принцип на причинността казва, че причината трябва да предшества действието според всички инерционни наблюдатели. Това е еквивалентно на това да се каже, че причината и нейното следствие са разделени от времеви интервал и че следствието принадлежи на бъдещето на причината. Ако интервалът от време разделя две събития, това означава, че между тях може да бъде изпратен сигнал със скорост, която не надвишава скоростта на светлината. От друга страна, ако сигналите могат да се движат по-бързо от скоростта на светлината, това би нарушило причинно-следствената връзка, тъй като би позволило сигналът да се изпраща на междинни интервали, което означава, че поне за някои инерционни наблюдатели сигналът ще изглежда като да се движат назад във времето. Поради тази причина специалната теория на относителността не позволява на различни обекти да комуникират един с друг по-бързо от скоростта на светлината.
Обща теория на относителността
В общата теория на относителността принципът на причинността се обобщава по най-простия начин: ефектът трябва да принадлежи на бъдещия светлинен конус на неговата причина, дори ако пространство-времето е извито. Новите тънкости трябва да се вземат предвид при изучаването на причинно-следствената връзка в квантовата механика и по-специално в релативистката квантова теория на полето. В квантовата теория на полето причинността е тясно свързана с принципа на локалността. Въпреки това, принципътлокалността в него е оспорена, тъй като е силно зависима от интерпретацията на избраната квантова механика, особено за експерименти с квантово заплитане, които отговарят на теоремата на Бел.
Заключение
Въпреки тези тънкости, причинно-следствената връзка остава важна и валидна концепция във физическите теории. Например, схващането, че събитията могат да бъдат подредени в причини и следствия, е необходимо, за да се предотвратят (или поне да се разберат) парадокси на причинно-следствената връзка като „парадокса на дядото“, който пита: „Какво се случва, ако пътникът успее да убие дядо си, преди да среща ли някога баба си?"
Ефект на пеперуда
Теориите във физиката, като ефекта на пеперудата от теорията на хаоса, отварят възможности като разпределени системи от параметри в причинно-следствената връзка.
Свързан начин за тълкуване на ефекта на пеперудата е да го разглеждаме като посочване на разликата между прилагането на понятието причинност във физиката и по-общото използване на причинно-следствената връзка. В класическата (нютонова) физика в общия случай (изрично) се вземат предвид само онези условия, които са необходими и достатъчни за настъпване на дадено събитие. Нарушаването на принципа на причинно-следствената връзка е и нарушение на законите на класическата физика. Днес това е допустимо само в маргиналните теории.
Принципът на причинно-следствената връзка предполага спусък, който започва движението на обект. По същия начин може и пеперударазглеждан като причина за торнадото в класическия пример, обясняващ теорията за ефекта на пеперудата.
Причинно-следствена връзка и квантова гравитация
Каузалната динамична триангулация (съкратено CDT), изобретена от Рената Лол, Ян Амбьорн и Йежи Юркевич и популяризирана от Фотини Маркопуло и Лий Смолин, е подход към квантовата гравитация, който, подобно на кръговата квантова гравитация, е независим от фона. Това означава, че той не приема никаква предварително съществуваща арена (пространство на измеренията), а се опитва да покаже как постепенно се развива структурата на самата пространство-време. Конференцията Loops '05, организирана от много теоретици на квантовата гравитация, включваше няколко презентации, които обсъждаха CDT на професионално ниво. Тази конференция предизвика значителен интерес от научната общност.
В голям мащаб тази теория пресъздава познатото 4-измерно пространство-време, но показва, че пространството-времето трябва да бъде двуизмерно по скалата на Планк и да показва фрактална структура на отрязъци от постоянно време. Използвайки структура, наречена симплекс, тя разделя пространство-времето на малки триъгълни секции. Симплексът е обобщена форма на триъгълник в различни измерения. Триизмерният симплекс обикновено се нарича тетраедър, докато четириизмерният е основният градивен елемент в тази теория, известен също като пентатоп или пентахорон. Всеки симплекс е геометрично плосък, но симплексите могат да бъдат "залепени" заедно по различни начини за създаване на извити пространства. В случаите, когато предходниОпитвайки се да триангулира квантовите пространства, създават смесени вселени с твърде много измерения или минимални вселени с твърде малко, CDT избягва този проблем, като позволява само конфигурации, при които причината предхожда всеки ефект. С други думи, времевите рамки на всички свързани ръбове на симплексите, според концепцията за CDT, трябва да съвпадат един с друг. Така, може би причинно-следствената връзка е в основата на геометрията на пространство-времето.
Теория на причинно-следствените връзки
В теорията на причинно-следствените връзки причинно-следствената връзка заема още по-видно място. Основата на този подход към квантовата гравитация е теоремата на Дейвид Маламент. Тази теорема гласи, че каузалната пространствено-времева структура е достатъчна, за да възстанови нейния конформен клас. Следователно познаването на конформния фактор и причинно-следствената структура е достатъчно, за да се знае пространство-времето. Въз основа на това Рафаел Соркин предложи идеята за причинно-следствени връзки, което е фундаментално дискретен подход към квантовата гравитация. Причинно-следствената структура на пространство-времето е представена като първична точка, а конформният фактор може да бъде установен чрез идентифициране на всеки елемент от тази първична точка с единица обем.
Какво казва принципът на причинно-следствената връзка в управлението
За контрол на качеството в производството, през 60-те години на миналия век, Каору Ишикава разработи причинно-следствена диаграма, известна като "диаграма на Ишикава" или "диаграма на рибено масло". Диаграмата категоризира всички възможни причини в шест основникатегории, които директно се показват. След това тези категории се подразделят на по-малки подкатегории. Методът на Ишикава идентифицира „причините“за натиск една върху друга от различни групи, участващи в производствения процес на фирма, компания или корпорация. След това тези групи могат да бъдат обозначени като категории в диаграмите. Използването на тези диаграми вече надхвърля контрола на качеството на продуктите и се използват в други области на управление, както и в областта на инженеринга и строителството. Схемите на Ишикава са критикувани, че не правят разлика между необходимите и достатъчните условия за възникване на конфликт между групите, участващи в производството. Но изглежда, че Ишикава дори не е помислил за тези разлики.
Детерминизмът като светоглед
Детерминистичният светоглед вярва, че историята на Вселената може да бъде изчерпателно представена като прогресия на събитията, представляваща непрекъсната верига от причини и последици. Радикалните детерминисти, например, са сигурни, че няма такова нещо като "свободна воля", тъй като всичко в този свят според тях се подчинява на принципа на съответствието и причинно-следствената връзка.
