El principi de causalitat (també anomenat llei de causa i efecte) és el que relaciona un procés (causa) amb un altre procés o estat (efecte), on el primer és en part responsable del segon i el segon. depèn en part del primer. Aquesta és una de les lleis principals de la lògica i la física. Tanmateix, recentment els físics francesos i australians van desactivar el principi de causalitat en el sistema òptic que van crear recentment de manera artificial.
En general, qualsevol procés té moltes causes que en són factors causals, i totes es troben en el seu passat. Un efecte, al seu torn, pot ser la causa de molts altres efectes, tots ells en el seu futur. La causalitat té una connexió metafísica amb els conceptes de temps i espai, i la violació del principi de causalitat es considera un error lògic greu en gairebé totes les ciències modernes.
L'essència del concepte
La causalitat és una abstracció que indica com evoluciona el món i, per tant, és el concepte principal més propens aper explicar els diferents conceptes de progressió. En cert sentit està relacionat amb el concepte d'eficiència. Per entendre el principi de causalitat (especialment en filosofia, lògica i matemàtiques), cal tenir un bon pensament lògic i intuïció. Aquest concepte està àmpliament representat en lògica i lingüística.
Causalitat en filosofia
En filosofia, el principi de causalitat es considera un dels principis bàsics. La filosofia aristotèlica fa servir la paraula "causa" per significar "explicació" o la resposta a la pregunta "per què?", incloent les "causes" materials, formals, eficients i últimes. Segons Aristòtil, la "causa" és també l'explicació de tot. El tema de la causalitat continua sent central a la filosofia contemporània.
Relativitat i mecànica quàntica
Per entendre què diu el principi de causalitat, cal que estigueu familiaritzat amb les teories de la relativitat d'Albert Einstein i els fonaments de la mecànica quàntica. En la física clàssica, un efecte no es pot produir abans que aparegui la seva causa immediata. El principi de causalitat, el principi de veritat i el principi de relativitat estan molt relacionats entre si. Per exemple, a la teoria especial de la relativitat d'Einstein, la causalitat significa que no es pot produir un efecte independentment de la causa que no es trobi al con de llum posterior (passat) de l'esdeveniment. De la mateixa manera, una causa no pot tenir un efecte fora del seu (futur) con de llum. Aquesta explicació abstracta i llarga d'Einstein, obscura per al lector lluny de la física, va portar a la introduccióprincipi de causalitat en mecànica quàntica. De qualsevol manera, les limitacions d'Einstein són coherents amb la creença raonable (o suposició) que les influències causals no poden viatjar més ràpid que la velocitat de la llum i/o el pas del temps. En la teoria quàntica de camps, els esdeveniments observats amb dependència espacial han de desplaçar-se, de manera que l'ordre de les observacions o mesures dels objectes observats no afecta les seves propietats. A diferència de la mecànica quàntica, el principi de causalitat de la mecànica clàssica té un significat completament diferent.
Segona llei de Newton
La causalitat no s'ha de confondre amb la segona llei de conservació de la quantitat de moviment de Newton, perquè aquesta confusió és conseqüència de l'homogeneïtat espacial de les lleis físiques.
Un dels requisits del principi de causalitat, vàlid a nivell de l'experiència humana, és que la causa i l'efecte han de ser mediats en l'espai i el temps (el requisit del contacte). Aquest requisit ha estat molt important en el passat, principalment en el procés d'observació directa de processos causals (per exemple, empènyer un carro), i en segon lloc, com un aspecte problemàtic de la teoria de la gravetat de Newton (l'atracció de la Terra pel Sol). mitjançant l'acció a distància), substituint propostes mecanicistes com ara la teoria dels vòrtexs de Descartes. El principi de causalitat sovint es veu com un estímul per al desenvolupament de teories de camps dinàmics (per exemple, l'electrodinàmica de Maxwell i la teoria de la relativitat general d'Einstein) que expliquen les qüestions fonamentals de la física molt millor quel'esmentada teoria de Descartes. Continuant amb el tema de la física clàssica, podem recordar la contribució de Poincaré: el principi de causalitat en electrodinàmica, gràcies al seu descobriment, s'ha tornat encara més rellevant.
Empírica i metafísica
L'aversió dels empiristes a les explicacions metafísiques (com la teoria dels vòrtexs de Descartes) té una forta influència en la idea de la importància de la causalitat. En conseqüència, la pretensió d'aquest concepte ha estat minimitzada (per exemple, a les Hipòtesis de Newton). Segons Ernst Mach, el concepte de força a la segona llei de Newton era "tautològic i redundant".
Causalitat en equacions i fórmules de càlcul
Les equacions simplement descriuen el procés d'interacció, sense necessitat d'interpretar un cos com la causa del moviment d'un altre i predir l'estat del sistema després de completar aquest moviment. El paper del principi de causalitat en les equacions matemàtiques és secundari en comparació amb la física.
Deducció i nomologia
La possibilitat d'una visió independent del temps de la causalitat subjau en la visió deductiva-nomològica (D-N) d'una explicació científica d'un esdeveniment que es pot incorporar a una llei científica. En la representació de l'enfocament D-N, es diu que un estat físic és explicable si, aplicant una llei (determinista), es pot obtenir a partir de condicions inicials donades. Aquestes condicions inicials poden incloure el moment i la distància entre si de les estrelles, si parlem, per exemple, d'astrofísica. Aquesta "explicació determinista" de vegades s'anomena causal.determinisme.
Determinisme
L'inconvenient de la visió D-N és que el principi de causalitat i determinisme estan més o menys identificats. Així, en la física clàssica, es va suposar que tots els fenòmens estaven causats per (és a dir, determinats per) esdeveniments anteriors d'acord amb les lleis de la natura conegudes, que va culminar amb l'afirmació de Pierre-Simon Laplace que si l'estat actual del món es coneixia amb precisió., també es podrien calcular els seus estats futurs i passats. Tanmateix, aquest concepte s'anomena habitualment determinisme de Laplace (en lloc de "causalitat de Laplace") perquè depèn del determinisme dels models matemàtics, com el que es representa, per exemple, en el problema matemàtic de Cauchy.
La confusió de la causalitat i el determinisme és especialment aguda en la mecànica quàntica: aquesta ciència és acausal en el sentit que en molts casos no pot identificar les causes dels efectes realment observats ni predir els efectes de causes idèntiques, però, potser, encara està determinada en algunes de les seves interpretacions; per exemple, si s'assumeix que la funció d'ona no col·lapsa realment, com en la interpretació de molts mons, o si el seu col·lapse es deu a variables ocultes, o simplement redefineix el determinisme com un valor que determina probabilitats més que efectes específics.
Dificultat sobre el complex: causalitat, determinisme i principi de causalitat en mecànica quàntica
En la física moderna, el concepte de causalitat encara no s'entén del tot. Comprensióla relativitat especial va confirmar l'assumpció de la causalitat, però van fer que el significat de la paraula "simultani" depengués de l'observador (en el sentit en què l'observador s'entén a la mecànica quàntica). Per tant, el principi relativista de la causalitat diu que la causa ha de precedir l'acció segons tots els observadors inercials. Això equival a dir que una causa i el seu efecte estan separats per un interval de temps, i que l'efecte pertany al futur de la causa. Si l'interval de temps separa dos esdeveniments, això vol dir que es pot enviar un senyal entre ells a una velocitat que no superi la velocitat de la llum. D' altra banda, si els senyals poden viatjar més ràpid que la velocitat de la llum, això violaria la causalitat perquè permetria enviar el senyal a intervals intermedis, la qual cosa significa que, almenys per a alguns observadors inercials, el senyal semblaria anar enrere en el temps. Per aquest motiu, la relativitat especial no permet que diferents objectes es comuniquin entre ells més ràpid que la velocitat de la llum.
Relativitat general
En la relativitat general, el principi de causalitat es generalitza de la manera més senzilla: un efecte ha de pertànyer al futur con de llum de la seva causa, encara que l'espai-temps sigui corbat. Les noves subtileses s'han de tenir en compte en l'estudi de la causalitat en mecànica quàntica i, en particular, en la teoria de camps quàntica relativista. En la teoria quàntica de camps, la causalitat està estretament relacionada amb el principi de localitat. Tanmateix, el principiLa seva localitat és impugnada, ja que depèn molt de la interpretació de la mecànica quàntica escollida, especialment per als experiments d'entrellaçament quàntic que compleixin el teorema de Bell.
Conclusió
Malgrat aquestes subtileses, la causalitat segueix sent un concepte important i vàlid en les teories físiques. Per exemple, la noció que els esdeveniments es poden ordenar en causes i efectes és necessària per prevenir (o almenys entendre) paradoxes de la causalitat com la "paradoxa de l'avi" que pregunta: "Què passa si un viatger té temps de matar el seu avi abans que ell ha conegut mai la seva àvia?"
Efecte papallona
Les teories de la física, com l'efecte papallona de la teoria del caos, obren possibilitats com ara sistemes distribuïts de paràmetres en la causalitat.
Una manera relacionada d'interpretar l'efecte papallona és veure'l com un indicador de la diferència entre l'aplicació de la noció de causalitat a la física i l'ús més general de la causalitat. En la física clàssica (newtoniana), en el cas general, només es tenen en compte (de manera explícita) aquelles condicions que són necessàries i suficients per a que es produeixi un esdeveniment. La violació del principi de causalitat també és una violació de les lleis de la física clàssica. Avui, això només es permet en teories marginals.
El principi de causalitat implica un disparador que inicia el moviment d'un objecte. De la mateixa manera, una papallona potconsiderada com la causa del tornado en l'exemple clàssic que explica la teoria de l'efecte papallona.
Causalitat i gravetat quàntica
La triangulació dinàmica causal (abreujada com a CDT), inventada per Renata Loll, Jan Ambjörn i Jerzy Jurkiewicz i popularitzada per Fotini Markopulo i Lee Smolin, és un enfocament de la gravetat quàntica que, com la gravetat quàntica de bucle, és independent del fons. Això vol dir que no assumeix cap àmbit preexistent (espai dimensional), sinó que intenta mostrar com l'estructura de l'espai-temps evoluciona gradualment. La conferència Loops '05, organitzada per molts teòrics de la gravetat quàntica de bucles, va incloure diverses presentacions que van parlar de CDT a nivell professional. Aquesta conferència va generar un interès considerable per part de la comunitat científica.
A gran escala, aquesta teoria recrea el familiar espai-temps de 4 dimensions, però mostra que l'espai-temps ha de ser bidimensional a l'escala de Planck i mostrar l'estructura fractal en porcions de temps constant. Utilitzant una estructura anomenada símplex, divideix l'espai-temps en petites seccions triangulars. Un símplex és una forma generalitzada d'un triangle en diferents dimensions. El simplex tridimensional se sol anomenar tetraedre, mentre que el quadridimensional és el bloc de construcció principal d'aquesta teoria, també conegut com a pentatope o pentàcoron. Cada símplex és geomètricament pla, però els símples es poden "enganxar" junts de diverses maneres per crear espais corbats. En els casos anteriorsEls intents de triangular els espais quàntics van produir universos mixtes amb massa dimensions, o universos mínims amb massa poques, CDT evita aquest problema només permetent configuracions on la causa precedeix qualsevol efecte. En altres paraules, els marcs de temps de totes les arestes connectades dels simplexes, segons el concepte CDT, han de coincidir entre si. Per tant, potser la causalitat és la base de la geometria de l'espai-temps.
Teoria de les relacions de causa i efecte
En la teoria de les relacions causa-efecte, la causalitat ocupa un lloc encara més destacat. La base d'aquest enfocament de la gravetat quàntica és el teorema de David Malament. Aquest teorema estableix que l'estructura espai-temps causal és suficient per restaurar la seva classe conforme. Per tant, conèixer el factor conformal i l'estructura causal és suficient per conèixer l'espai-temps. A partir d'això, Raphael Sorkin va proposar la idea de connexions causals, que és un enfocament fonamentalment discret de la gravetat quàntica. L'estructura causal de l'espai-temps es representa com un punt primordial, i el factor de conformació es pot establir identificant cada element d'aquest punt primordial amb un volum unitari.
El que diu el principi de causalitat a la gestió
Per al control de qualitat en la fabricació, a la dècada de 1960, Kaworu Ishikawa va desenvolupar un diagrama causa-efecte conegut com a "diagrama d'Ishikawa" o "diagrama d'oli de peix". El diagrama classifica totes les causes possibles en sis principalscategories que es mostren directament. A continuació, aquestes categories es subdivideixen en subcategories més petites. El mètode Ishikawa identifica les "causes" de la pressió sobre l' altre per part de diversos grups implicats en el procés de producció d'una empresa, empresa o corporació. Aquests grups es poden etiquetar com a categories als gràfics. L'ús d'aquests diagrames ara va més enllà del control de qualitat del producte, i s'utilitzen en altres àrees de gestió, així com en l'àmbit de l'enginyeria i la construcció. Els esquemes d'Ishikawa han estat criticats per no distingir entre condicions necessàries i suficients perquè sorgeixin conflictes entre els grups implicats en la producció. Però sembla que Ishikawa ni tan sols va pensar en aquestes diferències.
Determinisme com a visió del món
La visió del món determinista creu que la història de l'univers es pot representar de manera exhaustiva com una progressió d'esdeveniments, representant una cadena contínua de causes i efectes. Els deterministes radicals, per exemple, estan segurs que no existeix el "lliure albir", ja que tot en aquest món, segons la seva opinió, està subjecte al principi de correspondència i causalitat.
