Načelo vzročnosti (imenovano tudi zakon vzroka in posledice) je tisto, ki povezuje en proces (vzrok) z drugim procesom ali stanjem (učinkom), kjer je prvi delno odgovoren za drugega, drugi pa je delno odvisna od prvega. To je eden glavnih zakonov logike in fizike. Vendar so pred kratkim francoski in avstralski fiziki izključili načelo vzročnosti v optičnem sistemu, ki so ga pred kratkim umetno ustvarili.
Na splošno ima vsak proces veliko vzrokov, ki so zanj vzročni dejavniki in vsi ležijo v njegovi preteklosti. En učinek pa je lahko vzrok za številne druge učinke, ki so vsi v njegovi prihodnosti. Vzročnost ima metafizično povezavo s pojmoma časa in prostora, kršitev načela vzročnosti pa se v skoraj vseh sodobnih znanostih šteje za resno logično napako.
Bistvo koncepta
Vzročnost je abstrakcija, ki kaže, kako se svet razvija, in je zato glavni koncept bolj nagnjen krazložiti različne koncepte napredovanja. V nekem smislu je povezan s konceptom učinkovitosti. Da bi razumeli načelo vzročnosti (zlasti v filozofiji, logiki in matematiki), je treba imeti dobro logično razmišljanje in intuicijo. Ta koncept je široko zastopan v logiki in jezikoslovju.
Vzročnost v filozofiji
V filozofiji velja načelo vzročnosti za eno od osnovnih načel. Aristotelova filozofija uporablja besedo "vzrok" za "razlago" ali odgovor na vprašanje "zakaj?", vključno z materialnimi, formalnimi, učinkovitimi in končnimi "vzroki". Po Aristotelu je »vzrok« tudi razlaga vsega. Tema vzročnosti ostaja osrednja v sodobni filozofiji.
Relativnost in kvantna mehanika
Da bi razumeli, kaj pravi načelo vzročnosti, morate poznati relativnostne teorije Alberta Einsteina in osnove kvantne mehanike. V klasični fiziki se učinek ne more pojaviti, preden se pojavi njegov neposredni vzrok. Načelo vzročnosti, načelo resnice, načelo relativnosti so med seboj precej tesno povezane. Na primer, v Einsteinovi posebni teoriji relativnosti vzročnost pomeni, da se učinek ne more pojaviti ne glede na vzrok, ki ni v zadnjem (preteklem) svetlobnem stožcu dogodka. Prav tako vzrok ne more imeti učinka zunaj svojega (prihodnjega) svetlobnega stožca. Ta abstraktna in dolga Einsteinova razlaga, ki je bralcu nejasna, daleč od fizike, je privedla do uvodanačelo vzročnosti v kvantni mehaniki. Kakorkoli že, Einsteinove omejitve so skladne z razumnim prepričanjem (ali domnevo), da vzročni vplivi ne morejo potovati hitreje od svetlobne hitrosti in/ali poteka časa. V kvantni teoriji polja morajo opazovani dogodki s prostorsko odvisnostjo komutirati, tako da vrstni red opazovanj ali meritev opazovanih objektov ne vpliva na njihove lastnosti. Za razliko od kvantne mehanike ima načelo vzročnosti klasične mehanike popolnoma drugačen pomen.
Newtonov drugi zakon
Vzročnosti ne smemo zamenjevati z Newtonovim drugim zakonom o ohranitvi zagona, ker je ta zmeda posledica prostorske homogenosti fizikalnih zakonov.
Ena od zahtev načela vzročnosti, ki velja na ravni človeške izkušnje, je, da morata biti vzrok in posledica posredovana v prostoru in času (zahteva stika). Ta zahteva je bila v preteklosti zelo pomembna, predvsem v procesu neposrednega opazovanja vzročnih procesov (na primer potiskanje vozička), in drugič, kot problematičen vidik Newtonove teorije gravitacije (privlačnost Zemlje s strani Sonca). skozi akcijo na daljavo), ki nadomešča mehanistične predloge, kot je Descartesova teorija vrtincev. Načelo vzročnosti se pogosto obravnava kot spodbuda za razvoj teorij dinamičnega polja (na primer Maxwellove elektrodinamike in Einsteinove splošne teorije relativnosti), ki veliko bolje razlagajo temeljna vprašanja fizike kotprej omenjeno Descartesovo teorijo. Če nadaljujemo s temo klasične fizike, se lahko spomnimo prispevka Poincaréja - načelo vzročnosti v elektrodinamiki je zaradi njegovega odkritja postalo še pomembnejše.
Empirika in metafizika
Averzija empirikov do metafizičnih razlag (kot je Descartesova teorija vrtincev) močno vpliva na idejo o pomenu vzročnosti. V skladu s tem je bila pretencioznost tega koncepta podcenjena (na primer v Newtonovih hipotezah). Po Ernstu Machu je bil koncept sile v Newtonovem drugem zakonu "tavtološki in odveč".
Vzročnost v enačbah in formulah za izračun
Enčbe preprosto opisujejo proces interakcije, ne da bi bilo treba eno telo razlagati kot vzrok gibanja drugega in napovedati stanje sistema po tem, ko je to gibanje končano. Vloga načela vzročnosti v matematičnih enačbah je v primerjavi s fiziko drugotnega pomena.
Odbitek in nomologija
Možnost časovno neodvisnega pogleda na vzročnost je osnova deduktivno-nomološkega (D-N) pogleda na znanstveno razlago dogodka, ki ga je mogoče vključiti v znanstveni zakon. V predstavitvi pristopa D-N pravimo, da je fizično stanje razložljivo, če ga je z uporabo (determinističnega) zakona mogoče dobiti iz danih začetnih pogojev. Takšni začetni pogoji lahko vključujejo momente in medsebojno oddaljenost zvezd, če govorimo na primer o astrofiziki. To "deterministično razlago" včasih imenujemo vzročna.determinizem.
determinizem
Slaba stran pogleda D-N je, da sta načela vzročnosti in determinizma bolj ali manj identificirana. Tako se je v klasični fiziki domnevalo, da so vsi pojavi povzročeni (tj. določeni s) prejšnjimi dogodki v skladu z znanimi naravnimi zakoni, kar je doseglo vrhunec s trditvijo Pierre-Simona Laplacea, da če bi sedanje stanje sveta poznali natančno, bi lahko izračunali tudi njegovo prihodnje in preteklo stanje. Vendar se ta koncept običajno imenuje Laplaceov determinizem (namesto "Laplaceova vzročnost"), ker je odvisen od determinizma v matematičnih modelih - takega determinizma, kot je na primer predstavljen v matematičnem Cauchyjevem problemu.
Mešanje vzročnosti in determinizma je še posebej akutno v kvantni mehaniki - ta znanost je akavzalna v smislu, da v mnogih primerih ne more identificirati vzrokov za dejansko opažene učinke ali napovedati učinkov enakih vzrokov, morda pa je še vedno določena v nekaterih svojih interpretacijah – na primer, če se domneva, da se valovna funkcija dejansko ne sesuje, kot v interpretaciji več svetov, ali če je njen propad posledica skritih spremenljivk ali preprosto na novo definira determinizem kot vrednost, ki določa verjetnosti namesto specifičnih učinkov.
Težak o kompleksu: vzročnost, determinizem in načelo vzročnosti v kvantni mehaniki
V sodobni fiziki koncept vzročnosti še vedno ni popolnoma razumljen. Razumevanjeposebna teorija relativnosti je potrdila domnevo o vzročnosti, vendar so pomen besede "hkrati" postavili v odvisnost od opazovalca (v smislu, v katerem ga razume kvantna mehanika). Zato relativistično načelo vzročnosti pravi, da mora po vseh inercialnih opazovalcih vzrok biti pred dejanjem. To je enako, če rečemo, da sta vzrok in njegova posledica ločena s časovnim intervalom in da učinek pripada prihodnosti vzroka. Če časovni interval ločuje dva dogodka, to pomeni, da se lahko med njima pošlje signal s hitrostjo, ki ne presega svetlobne hitrosti. Po drugi strani pa, če lahko signali potujejo hitreje od svetlobne hitrosti, bi to kršilo vzročnost, ker bi omogočilo pošiljanje signala v vmesnih intervalih, kar pomeni, da bi se vsaj nekaterim inercialnim opazovalcem signal zdel kot se premikati nazaj v času. Iz tega razloga posebna teorija relativnosti ne dovoljuje, da različni predmeti komunicirajo drug z drugim hitreje od svetlobne hitrosti.
Splošna relativnost
V splošni teoriji relativnosti je načelo vzročnosti posplošeno na najpreprostejši način: učinek mora pripadati prihodnjemu svetlobnemu stožcu njegovega vzroka, tudi če je prostor-čas ukrivljen. Pri preučevanju vzročnosti v kvantni mehaniki in zlasti v relativistični kvantni teoriji polja je treba upoštevati nove tankosti. V kvantni teoriji polja je vzročnost tesno povezana z načelom lokalnosti. Vendar pa načelolokalnost v njej je sporna, saj je zelo odvisna od interpretacije izbrane kvantne mehanike, zlasti za poskuse kvantne zapletenosti, ki izpolnjujejo Bellov izrek.
Sklep
Kljub tem subtilnostim ostaja vzročnost pomemben in veljaven koncept v fizikalnih teorijah. Na primer, ideja, da je mogoče dogodke razporediti v vzroke in posledice, je potrebna za preprečevanje (ali vsaj razumevanje) paradoksov vzročnosti, kot je "paradoks dedka", ki se sprašuje: "Kaj se zgodi, če popotnik ubije svojega dedka, preden je kdaj sreča svojo babico?"
učinek metulja
Teorije v fiziki, kot je učinek metulja iz teorije kaosa, odpirajo možnosti, kot so porazdeljeni sistemi parametrov v vzročnosti.
Soroden način interpretacije učinka metulja je, da ga vidimo kot označevanje razlike med uporabo pojma vzročnosti v fiziki in bolj splošno uporabo vzročnosti. V klasični (newtonovski) fiziki se v splošnem primeru (izrecno) upoštevajo le tisti pogoji, ki so nujni in zadostni za nastanek dogodka. Kršitev načela vzročnosti je tudi kršitev zakonov klasične fizike. Danes je to dovoljeno le v obrobnih teorijah.
Načelo vzročnosti implicira sprožilec, ki sproži premikanje predmeta. Na enak način lahko metuljobravnavan kot vzrok za tornado v klasičnem primeru, ki pojasnjuje teorijo učinka metulja.
Vzročnost in kvantna gravitacija
Vzročna dinamična triangulacija (skrajšano CDT), ki so jo izumili Renata Loll, Jan Ambjörn in Jerzy Jurkiewicz ter popularizirala Fotini Markopulo in Lee Smolin, je pristop k kvantni gravitaciji, ki je, tako kot kvantna gravitacija zanke, neodvisen od ozadja. To pomeni, da ne predpostavlja nobene predhodno obstoječe arene (dimenzionalni prostor), ampak poskuša pokazati, kako se struktura samega prostor-časa postopoma razvija. Konferenca Loops '05, ki so jo organizirali številni teoretiki kvantne gravitacije zanke, je vključevala več predstavitev, ki so razpravljale o CDT na strokovni ravni. Ta konferenca je povzročila veliko zanimanja znanstvene skupnosti.
V velikem obsegu ta teorija poustvarja znani 4-dimenzionalni prostor-čas, vendar kaže, da mora biti prostor-čas dvodimenzionalen na Planckovi lestvici in pokazati fraktalno strukturo na rezinah konstantnega časa. Z uporabo strukture, imenovane simpleks, razdeli prostor-čas na drobne trikotne dele. Simpleks je posplošena oblika trikotnika v različnih dimenzijah. Tridimenzionalni simpleks se običajno imenuje tetraeder, štiridimenzionalni pa je glavni gradnik v tej teoriji, znan tudi kot pentatop ali pentahoron. Vsak simpleks je geometrijsko raven, vendar je mogoče simplekse "zlepiti" skupaj na različne načine, da ustvarimo ukrivljene prostore. V primerih, ko prejPoizkusi triangulacije kvantnih prostorov so ustvarili mešana vesolja s preveč dimenzijami ali minimalna vesolja s premalo, se CDT izogne tej težavi tako, da dovoljuje le konfiguracije, kjer je vzrok pred kakršnim koli učinkom. Z drugimi besedami, časovni okviri vseh povezanih robov simplesov morajo po konceptu CDT med seboj sovpadati. Tako je morda vzročnost osnova geometrije prostora-časa.
Teorija vzročno-posledičnih razmerij
V teoriji vzročno-posledičnih razmerij zavzema vzročnost še pomembnejše mesto. Osnova tega pristopa k kvantni gravitaciji je izrek Davida Malamenta. Ta izrek pravi, da vzročna struktura prostor-čas zadostuje, da obnovi svoj konformni razred. Zato je poznavanje konformnega faktorja in vzročne strukture dovolj za poznavanje prostor-časa. Na podlagi tega je Raphael Sorkin predlagal zamisel o vzročnih povezavah, ki je v osnovi diskreten pristop k kvantni gravitaciji. Vzročna struktura prostora-časa je predstavljena kot primordialna točka, konformni faktor pa je mogoče ugotoviti z identifikacijo vsakega elementa te primordialne točke z enoto prostornine.
Kaj pravi načelo vzročnosti v upravljanju
Za nadzor kakovosti v proizvodnji je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja Kaworu Ishikawa razvil vzročno-posledični diagram, znan kot "Ishikawa diagram" ali "diagram ribjega olja". Diagram kategorizira vse možne vzroke v šest glavnihkategorije, ki se neposredno prikaže. Te kategorije se nato razdelijo na manjše podkategorije. Metoda Ishikawa identificira "vzroke" pritiska drug na drugega s strani različnih skupin, ki so vključene v proizvodni proces podjetja, podjetja ali korporacije. Te skupine lahko nato označite kot kategorije na grafikonih. Uporaba teh diagramov zdaj presega kontrolo kakovosti izdelkov in se uporabljajo na drugih področjih upravljanja, pa tudi na področju inženiringa in gradbeništva. Ishikawine sheme so kritizirali, ker ne razlikujejo med potrebnimi in zadostnimi pogoji za nastanek konflikta med skupinami, ki sodelujejo v proizvodnji. A zdi se, da Ishikawa niti pomislil na te razlike.
Determinizem kot svetovni nazor
Deterministični svetovni nazor verjame, da je mogoče zgodovino vesolja izčrpno predstaviti kot napredovanje dogodkov, ki predstavljajo neprekinjeno verigo vzrokov in posledic. Radikalni deterministi so na primer prepričani, da "svobodna volja" ne obstaja, saj je vse na tem svetu po njihovem mnenju podrejeno načelu korespondence in vzročnosti.
