Kausalitetsprincipen (även kallad lagen om orsak och verkan) är den som relaterar en process (orsak) till en annan process eller tillstånd (verkan), där den första är delvis ansvarig för den andra, och den andra är delvis beroende av den första. Detta är en av logikens och fysikens huvudlagar. Men nyligen stängde franska och australiska fysiker bort principen om kausalitet i det optiska system som de nyligen skapade på konstgjord väg.
I allmänhet har varje process många orsaker som är orsaksfaktorer för den, och alla ligger i dess förflutna. En effekt kan i sin tur vara orsaken till många andra effekter, som alla ligger i dess framtid. Kausalitet har ett metafysiskt samband med begreppen tid och rum, och kränkningen av kausalitetsprincipen anses vara ett allvarligt logiskt fel i nästan alla moderna vetenskaper.
Käran i konceptet
Causality är en abstraktion som indikerar hur världen utvecklas, och är därför huvudkonceptet mer benäget attatt förklara de olika begreppen progression. Det är i någon mening kopplat till begreppet effektivitet. För att förstå kausalitetsprincipen (särskilt inom filosofi, logik och matematik) måste man ha ett gott logiskt tänkande och intuition. Detta koncept är allmänt representerat inom logik och lingvistik.
Causality in Philosophy
Inom filosofin anses kausalitetsprincipen vara en av grundprinciperna. Aristotelisk filosofi använder ordet "orsak" för att betyda "förklaring" eller svaret på frågan "varför?", inklusive materiella, formella, effektiva och yttersta "orsaker". Enligt Aristoteles är "orsak" också förklaringen till allt. Temat kausalitet är fortfarande centr alt i samtida filosofi.
Relativitet och kvantmekanik
För att förstå vad kausalitetsprincipen säger måste du vara bekant med Albert Einsteins relativitetsteorier och grunderna i kvantmekaniken. I klassisk fysik kan en effekt inte uppstå innan dess omedelbara orsak visar sig. Kausalitetsprincipen, sanningsprincipen, relativitetsprincipen är ganska nära besläktade med varandra. Till exempel i Einsteins speciella relativitetsteori innebär kausalitet att en effekt inte kan uppstå oavsett orsak som inte finns i händelsens bakre (tidigare) ljuskägla. Likaså kan en orsak inte ha en effekt utanför sin (framtida) ljuskon. Denna abstrakta och långa förklaring av Einstein, otydlig för läsaren långt ifrån fysiken, ledde till introduktionenkausalitetsprincipen i kvantmekaniken. Hur som helst, är Einsteins begränsningar förenliga med den rimliga uppfattningen (eller antagandet) att kausala influenser inte kan färdas snabbare än ljusets hastighet och/eller tidens gång. I kvantfältteorin måste observerade händelser med rymdliknande beroende pendla, så ordningen för observationer eller mätningar av observerade objekt påverkar inte deras egenskaper. Till skillnad från kvantmekaniken har kausalitetsprincipen för klassisk mekanik en helt annan innebörd.
Newtons andra lag
Kausalitet ska inte förväxlas med Newtons andra lag om bevarande av momentum, eftersom denna förvirring är en konsekvens av fysiska lagars rumsliga homogenitet.
Ett av kraven för kausalitetsprincipen, som gäller på nivån av mänsklig erfarenhet, är att orsak och verkan måste förmedlas i rum och tid (kravet på kontakt). Detta krav har varit mycket viktigt tidigare, främst i processen för direkt observation av kausala processer (till exempel att skjuta en vagn), och för det andra som en problematisk aspekt av Newtons gravitationsteori (jordens attraktion av solen) genom handling på avstånd), som ersätter mekanistiska förslag som Descartes teori om virvlar. Kausalitetsprincipen ses ofta som en stimulans för utvecklingen av dynamiska fältteorier (till exempel Maxwells elektrodynamik och Einsteins allmänna relativitetsteori) som förklarar fysikens grundläggande frågor mycket bättre änden tidigare nämnda teorin om Descartes. Om vi fortsätter med temat klassisk fysik kan vi minnas Poincarés bidrag - kausalitetsprincipen inom elektrodynamiken har, tack vare hans upptäckt, blivit ännu mer relevant.
Empiri och metafysik
Empirikerns motvilja mot metafysiska förklaringar (som Descartes teori om virvlar) har ett starkt inflytande på idén om kausalitetens betydelse. Följaktligen har det här konceptets pretentiöshet förringats (till exempel i Newtons hypoteser). Enligt Ernst Mach var kraftbegreppet i Newtons andra lag "tautologiskt och överflödigt".
Kausalitet i ekvationer och beräkningsformler
Ekvationerna beskriver helt enkelt interaktionsprocessen, utan att behöva tolka en kropp som orsaken till en annans rörelse och förutsäga systemets tillstånd efter att denna rörelse är fullbordad. Rollen för kausalitetsprincipen i matematiska ekvationer är sekundär jämfört med fysiken.
Avdrag och nomologi
Möjligheten till en tidsoberoende syn på kausalitet ligger till grund för den deduktiv-nomologiska (D-N) synen på en vetenskaplig förklaring av en händelse som kan inkorporeras i en vetenskaplig lag. I representationen av D-N-ansatsen sägs ett fysiskt tillstånd vara förklarligt om det, genom att tillämpa en (deterministisk) lag, kan erhållas från givna initiala förhållanden. Sådana initiala förhållanden kan innefatta stjärnornas momenta och avstånd från varandra, om vi till exempel pratar om astrofysik. Denna "deterministiska förklaring" kallas ibland kausal.determinism.
Determinism
Nackdelen med D-N-synen är att principen om kausalitet och determinism är mer eller mindre identifierade. Sålunda antog man inom klassisk fysik att alla fenomen orsakades av (d.v.s. bestämda av) tidigare händelser i enlighet med kända naturlagar, vilket kulminerade i Pierre-Simon Laplaces påstående att om världens nuvarande tillstånd var känt utifrån noggrannhet, dess framtida och tidigare tillstånd skulle också kunna beräknas. Detta begrepp kallas dock vanligtvis för Laplace-determinism (snarare än "Laplace-kausalitet") eftersom det beror på determinism i matematiska modeller - sådan determinism som representeras till exempel i det matematiska Cauchy-problemet.
Förvirringen av kausalitet och determinism är särskilt akut inom kvantmekaniken - denna vetenskap är akausal i den meningen att den i många fall inte kan identifiera orsakerna till faktiskt observerade effekter eller förutsäga effekterna av identiska orsaker, men kanske, bestäms fortfarande i vissa av sina tolkningar - till exempel om vågfunktionen antas inte faktiskt kollapsa, som i många världars tolkning, eller om dess kollaps beror på dolda variabler, eller helt enkelt omdefinierar determinism som ett värde som bestämmer sannolikheter snarare än specifika effekter.
Svårt om komplexet: kausalitet, determinism och kausalitetsprincipen i kvantmekaniken
I modern fysik är begreppet kausalitet fortfarande inte helt förstått. Förståelsespeciell relativitetsteori bekräftade antagandet om kausalitet, men de gjorde betydelsen av ordet "samtidig" beroende av observatören (i den mening som observatören förstås i kvantmekaniken). Därför säger den relativistiska kausalitetsprincipen att orsaken måste föregå handlingen enligt alla tröghetsobservatörer. Detta motsvarar att säga att en orsak och dess verkan är åtskilda av ett tidsintervall, och att verkan tillhör orsakens framtid. Om tidsintervallet separerar två händelser betyder det att en signal kan skickas mellan dem med en hastighet som inte överstiger ljusets hastighet. Å andra sidan, om signalerna kan färdas snabbare än ljusets hastighet, skulle detta bryta mot kausalitet eftersom det skulle tillåta signalen att skickas med mellanliggande intervall, vilket innebär att för åtminstone vissa tröghetsobservatörer skulle signalen tyckas vara gå bakåt i tiden. Av denna anledning tillåter inte speciell relativitetsteori att olika objekt kommunicerar med varandra snabbare än ljusets hastighet.
Allmän relativitet
I den allmänna relativitetsteorien är kausalitetsprincipen generaliserad på det enklaste sättet: en effekt måste tillhöra den framtida ljuskonen för dess orsak, även om rumtiden är krökt. Nya subtiliteter måste beaktas i studiet av kausalitet inom kvantmekaniken och i synnerhet i den relativistiska kvantfältteorin. Inom kvantfältteorin är kausalitet nära relaterad till lokalitetsprincipen. Men principenlokaliteten i den är omtvistad, eftersom den är starkt beroende av tolkningen av den valda kvantmekaniken, särskilt för kvantintrasslingsexperiment som uppfyller Bells teorem.
Slutsats
Trots dessa subtiliteter förblir kausalitet ett viktigt och giltigt begrepp i fysikaliska teorier. Till exempel är föreställningen att händelser kan ordnas i orsaker och effekter nödvändig för att förhindra (eller åtminstone förstå) paradoxer av kausalitet som "farfarsparadoxen" som frågar: "Vad händer om en resenär tar sig tid att döda sin farfar innan han träffar han någonsin sin mormor?"
Fjärilseffekt
Teorier i fysik, såsom fjärilseffekten från kaosteorin, öppnar upp möjligheter som distribuerade system av parametrar i kausalitet.
Ett relaterat sätt att tolka fjärilseffekten är att se den som att den indikerar skillnaden mellan tillämpningen av begreppet kausalitet i fysiken och den mer allmänna användningen av kausalitet. Inom den klassiska (Newtonska) fysiken, i det allmänna fallet, beaktas (explicit) endast de förhållanden som är nödvändiga och tillräckliga för att en händelse ska inträffa. Brott mot kausalitetsprincipen är också ett brott mot den klassiska fysikens lagar. Idag är detta endast tillåtet i marginella teorier.
Kausalitetsprincipen innebär en trigger som startar ett objekts rörelse. På samma sätt kan en fjärilbetraktas som orsaken till tornadon i det klassiska exemplet som förklarar teorin om fjärilseffekten.
Kausalitet och kvantgravitation
Causal Dynamic Triangulation (förkortat CDT), uppfunnen av Renata Loll, Jan Ambjörn och Jerzy Jurkiewicz och populariserad av Fotini Markopulo och Lee Smolin, är ett förhållningssätt till kvantgravitation som, liksom loop-kvantgravitation, är bakgrundsoberoende. Det betyder att han inte antar någon redan existerande arena (dimensionellt rymd), utan försöker visa hur själva rumtidens struktur gradvis utvecklas. Loops '05-konferensen, organiserad av många loopkvantgravitationsteoretiker, innehöll flera presentationer som diskuterade CDT på en professionell nivå. Den här konferensen väckte stort intresse från forskarvärlden.
I stor skala återskapar denna teori den välbekanta 4-dimensionella rum-tiden, men visar att rum-tid måste vara tvådimensionell på Planck-skalan och visa fraktal struktur på skivor av konstant tid. Med hjälp av en struktur som kallas simplex delar den in rum-tid i små triangulära sektioner. En simplex är en generaliserad form av en triangel i olika dimensioner. Den tredimensionella simplexen brukar kallas en tetraeder, medan den fyrdimensionella är den huvudsakliga byggstenen i denna teori, även känd som en pentatop eller pentakor. Varje simplex är geometriskt platt, men simplexarna kan "limmas ihop" på en mängd olika sätt för att skapa böjda utrymmen. I de fall tidigareförsök att triangulera kvantrum producerade blandade universum med för många dimensioner, eller minimala universum med för få, undviker CDT detta problem genom att endast tillåta konfigurationer där orsaken föregår någon effekt. Med andra ord måste tidsramarna för alla sammankopplade kanter av simpliceringar, enligt CDT-konceptet, sammanfalla med varandra. Därför kanske kausalitet ligger till grund för rum-tidens geometri.
Teori om orsaks- och verkanssamband
I teorin om orsak-och-verkan-samband intar kausalitet en ännu mer framträdande plats. Grunden för detta synsätt på kvantgravitationen är David Malaments sats. Denna sats säger att den kausala rumtidsstrukturen är tillräcklig för att återställa sin konforma klass. Därför är det tillräckligt att känna till den konforma faktorn och kausalstrukturen för att känna till rum-tiden. Baserat på detta föreslog Raphael Sorkin idén om orsakssamband, vilket är ett fundament alt diskret tillvägagångssätt för kvantgravitation. Den kausala strukturen av rum-tid representeras som en urpunkt, och den konforma faktorn kan fastställas genom att identifiera varje element i denna urpunkt med enhetsvolym.
Vad kausalitetsprincipen säger i ledningen
För kvalitetskontroll inom tillverkning utvecklade Kaworu Ishikawa på 1960-talet ett orsak-och-verkan-diagram känt som "Ishikawa-diagrammet" eller "fiskoljediagram". Diagrammet kategoriserar alla möjliga orsaker i sex huvudsakligakategorier som visas direkt. Dessa kategorier delas sedan in i mindre underkategorier. Ishikawa-metoden identifierar "orsakerna" till press på varandra från olika grupper som är involverade i produktionsprocessen för ett företag, ett företag eller ett företag. Dessa grupper kan sedan märkas som kategorier på diagrammen. Användningen av dessa diagram går nu längre än produktkvalitetskontroll, och de används inom andra förv altningsområden, såväl som inom teknik och konstruktion. Ishikawas planer har kritiserats för att inte skilja mellan nödvändiga och tillräckliga förutsättningar för att konflikter ska uppstå mellan de grupper som är involverade i produktionen. Men det verkar som att Ishikawa inte ens tänkt på dessa skillnader.
Determinism som världsbild
Den deterministiska världsbilden tror att universums historia uttömmande kan representeras som ett fortskridande av händelser, som representerar en kontinuerlig kedja av orsaker och effekter. Radikala determinister, till exempel, är säkra på att det inte finns något sådant som "fri vilja", eftersom allt i denna värld, enligt deras åsikt, lyder under principen om korrespondens och kausalitet.
