Il principio di causalità (chiamato anche legge di causa ed effetto) è quello che mette in relazione un processo (causa) con un altro processo o stato (effetto), dove il primo è in parte responsabile del secondo, e il secondo dipende in parte dal primo. Questa è una delle principali leggi della logica e della fisica. Tuttavia, di recente i fisici francesi e australiani hanno disattivato il principio di causalità nel sistema ottico che hanno recentemente creato artificialmente.
In generale, ogni processo ha molte cause che ne sono fattori causali, e tutte risiedono nel suo passato. Un effetto, a sua volta, può essere la causa di molti altri effetti, che risiedono tutti nel suo futuro. La causalità ha una connessione metafisica con i concetti di tempo e spazio, e la violazione del principio di causalità è considerata un grave errore logico in quasi tutte le scienze moderne.
L'essenza del concetto
Causalità è un'astrazione che indica come si evolve il mondo, ed è quindi il concetto principale più inclineper spiegare i vari concetti di progressione. In un certo senso è connesso al concetto di efficienza. Per comprendere il principio di causalità (soprattutto in filosofia, logica e matematica), è necessario avere un buon pensiero logico e intuizione. Questo concetto è ampiamente rappresentato in logica e linguistica.
Causalità in filosofia
In filosofia, il principio di causalità è considerato uno dei principi fondamentali. La filosofia aristotelica usa la parola "causa" per significare "spiegazione" o la risposta alla domanda "perché?", comprese le "cause" materiali, formali, efficienti e ultime. Secondo Aristotele, "causa" è anche la spiegazione di tutto. Il tema della causalità rimane centrale nella filosofia contemporanea.
Relatività e meccanica quantistica
Per capire cosa dice il principio di causalità, devi avere familiarità con le teorie della relatività di Albert Einstein e le basi della meccanica quantistica. Nella fisica classica, un effetto non può verificarsi prima che appaia la sua causa immediata. Il principio di causalità, il principio di verità, il principio di relatività sono strettamente correlati tra loro. Ad esempio, nella teoria della relatività speciale di Einstein, causalità significa che un effetto non può verificarsi indipendentemente dalla causa che non si trova nel cono di luce posteriore (passato) dell'evento. Allo stesso modo, una causa non può avere un effetto al di fuori del suo (futuro) cono di luce. Questa spiegazione astratta e lunga di Einstein, oscura al lettore lontano dalla fisica, ha portato all'introduzionePrincipio di causalità in meccanica quantistica. Ad ogni modo, i limiti di Einstein sono coerenti con la ragionevole convinzione (o assunzione) che le influenze causali non possano viaggiare più velocemente della velocità della luce e/o del passare del tempo. Nella teoria quantistica dei campi, gli eventi osservati con dipendenza simile allo spazio devono commutare, quindi l'ordine delle osservazioni o delle misurazioni degli oggetti osservati non influisce sulle loro proprietà. A differenza della meccanica quantistica, il principio di causalità della meccanica classica ha un significato completamente diverso.
Seconda legge di Newton
La causalità non va confusa con la seconda legge di Newton di conservazione della quantità di moto, perché questa confusione è una conseguenza dell'omogeneità spaziale delle leggi fisiche.
Uno dei requisiti del principio di causalità, valido a livello dell'esperienza umana, è che causa ed effetto devono essere mediati nello spazio e nel tempo (requisito del contatto). Questa esigenza è stata molto importante in passato, principalmente nel processo di osservazione diretta dei processi causali (ad esempio, spingere un carrello), e in secondo luogo, come aspetto problematico della teoria della gravità di Newton (l'attrazione della Terra da parte del Sole attraverso l'azione a distanza), sostituendo proposte meccanicistiche come la teoria dei vortici di Cartesio. Il principio di causalità è spesso visto come uno stimolo per lo sviluppo di teorie di campo dinamico (ad esempio, l'elettrodinamica di Maxwell e la teoria della relatività generale di Einstein) che spiegano le questioni fondamentali della fisica molto meglio dila già citata teoria di Cartesio. Continuando il tema della fisica classica, possiamo ricordare il contributo di Poincaré - il principio di causalità in elettrodinamica, grazie alla sua scoperta, è diventato ancora più rilevante.
Empirica e metafisica
L'avversione degli empiristi per le spiegazioni metafisiche (come la teoria dei vortici di Cartesio) ha una forte influenza sull'idea dell'importanza della causalità. Di conseguenza, la pretenziosità di questo concetto è stata minimizzata (ad esempio, nelle ipotesi di Newton). Secondo Ernst Mach, il concetto di forza nella seconda legge di Newton era "tautologico e ridondante".
Causalità nelle equazioni e nelle formule di calcolo
Le equazioni descrivono semplicemente il processo di interazione, senza alcun bisogno di interpretare un corpo come causa del movimento di un altro e prevedere lo stato del sistema dopo che questo movimento è completato. Il ruolo del principio di causalità nelle equazioni matematiche è secondario rispetto alla fisica.
Deduzione e nomologia
La possibilità di una visione della causalità indipendente dal tempo è alla base della visione deduttivo-nomologica (DN) di una spiegazione scientifica di un evento che può essere incorporato in una legge scientifica. Nella rappresentazione dell'approccio D-N, uno stato fisico si dice spiegabile se, applicando una legge (deterministica), può essere ottenuto da determinate condizioni iniziali. Tali condizioni iniziali possono includere la quantità di moto e la distanza tra loro delle stelle, se parliamo, ad esempio, di astrofisica. Questa "spiegazione deterministica" è talvolta chiamata causale.determinismo.
Determinismo
Lo svantaggio del punto di vista DN è che il principio di causalità e determinismo sono più o meno identificati. Pertanto, nella fisica classica, si presumeva che tutti i fenomeni fossero causati da (cioè determinati da) eventi precedenti in conformità con leggi della natura note, culminando nell'affermazione di Pierre-Simon Laplace che se lo stato attuale del mondo fosse noto dall'accuratezza, potrebbero essere calcolati anche i suoi stati futuri e passati. Tuttavia, questo concetto è comunemente indicato come determinismo di Laplace (piuttosto che "causalità di Laplace") perché dipende dal determinismo nei modelli matematici - tale determinismo rappresentato, ad esempio, nel problema matematico di Cauchy.
La confusione tra causalità e determinismo è particolarmente acuta nella meccanica quantistica - questa scienza è acausale nel senso che in molti casi non può identificare le cause degli effetti effettivamente osservati o prevedere gli effetti di cause identiche, ma, forse, è ancora determinato in alcune delle sue interpretazioni - ad esempio, se si presume che la funzione d'onda non collassi effettivamente, come nell'interpretazione a molti mondi, o se il suo collasso è dovuto a variabili nascoste, o semplicemente ridefinisce il determinismo come un valore che determina probabilità anziché effetti specifici.
Difficile sul complesso: causalità, determinismo e principio di causalità nella meccanica quantistica
Nella fisica moderna, il concetto di causalità non è ancora completamente compreso. Comprensionela relatività speciale ha confermato l'assunzione di causalità, ma ha reso il significato della parola "simultanea" dipendente dall'osservatore (nel senso in cui l'osservatore è inteso in meccanica quantistica). Pertanto, il principio relativistico di causalità dice che la causa deve precedere l'azione secondo tutti gli osservatori inerziali. Ciò equivale a dire che una causa e il suo effetto sono separati da un intervallo di tempo e che l'effetto appartiene al futuro della causa. Se l'intervallo di tempo separa due eventi, ciò significa che un segnale può essere inviato tra di loro a una velocità non superiore a quella della luce. D' altra parte, se i segnali possono viaggiare più velocemente della velocità della luce, ciò violerebbe la causalità perché consentirebbe di inviare il segnale a intervalli intermedi, il che significa che, almeno ad alcuni osservatori inerziali, il segnale sembrerebbe andare indietro nel tempo. Per questo motivo, la relatività speciale non consente a oggetti diversi di comunicare tra loro più velocemente della velocità della luce.
Relatività generale
Nella relatività generale, il principio di causalità è generalizzato nel modo più semplice: un effetto deve appartenere al futuro cono di luce della sua causa, anche se lo spaziotempo è curvo. Nuove sottigliezze devono essere prese in considerazione nello studio della causalità nella meccanica quantistica e, in particolare, nella teoria dei campi quantistica relativistica. Nella teoria quantistica dei campi, la causalità è strettamente correlata al principio di località. Tuttavia, il principiolocalità in esso è contestata, poiché è fortemente dipendente dall'interpretazione della meccanica quantistica scelta, specialmente per esperimenti di entanglement quantistico che soddisfano il teorema di Bell.
Conclusione
Nonostante queste sottigliezze, la causalità rimane un concetto importante e valido nelle teorie fisiche. Ad esempio, l'idea che gli eventi possano essere ordinati in cause ed effetti è necessaria per prevenire (o almeno capire) paradossi di causalità come il "paradosso del nonno" che chiede: "Cosa succede se un viaggiatore vuole uccidere suo nonno prima di incontra mai sua nonna?"
Effetto farfalla
Le teorie della fisica, come l'effetto farfalla della teoria del caos, aprono possibilità come i sistemi distribuiti di parametri nella causalità.
Un modo correlato di interpretare l'effetto farfalla è vederlo come un'indicazione della differenza tra l'applicazione della nozione di causalità in fisica e l'uso più generale di causalità. Nella fisica classica (newtoniana), nel caso generale, vengono prese in considerazione (esplicitamente) solo quelle condizioni che sono necessarie e sufficienti per il verificarsi di un evento. La violazione del principio di causalità è anche una violazione delle leggi della fisica classica. Oggi, questo è consentito solo nelle teorie marginali.
Il principio di causalità implica un trigger che avvia il movimento di un oggetto. Allo stesso modo, una farfalla puòconsiderata come la causa del tornado nell'esempio classico che spiega la teoria dell'effetto farfalla.
Causalità e gravità quantistica
La triangolazione dinamica causale (abbreviata in CDT), inventata da Renata Loll, Jan Ambjörn e Jerzy Jurkiewicz e resa popolare da Fotini Markopulo e Lee Smolin, è un approccio alla gravità quantistica che, come la gravità quantistica ad anello, è indipendente dallo sfondo. Ciò significa che non assume alcuna arena preesistente (spazio dimensionale), ma tenta di mostrare come la struttura dello spazio-tempo stesso si evolva gradualmente. La conferenza Loops '05, organizzata da molti teorici della gravità quantistica ad anello, includeva diverse presentazioni che discutevano della CDT a livello professionale. Questa conferenza ha suscitato un notevole interesse da parte della comunità scientifica.
Su larga scala, questa teoria ricrea il familiare spazio-tempo a 4 dimensioni, ma mostra che lo spazio-tempo deve essere bidimensionale sulla scala di Planck e mostrare una struttura frattale su porzioni di tempo costante. Usando una struttura chiamata simplex, divide lo spazio-tempo in minuscole sezioni triangolari. Un simplesso è una forma generalizzata di triangolo di diverse dimensioni. Il simplesso tridimensionale è solitamente chiamato tetraedro, mentre quello quadridimensionale è l'elemento costitutivo principale di questa teoria, noto anche come pentatopo o pentachoron. Ogni simplex è geometricamente piatto, ma i simplex possono essere "incollati" insieme in vari modi per creare spazi curvi. Nei casi in cui precedentetentativi di triangolare gli spazi quantistici hanno prodotto universi misti con troppe dimensioni o universi minimi con troppo poche, CDT evita questo problema consentendo solo configurazioni in cui la causa precede qualsiasi effetto. In altre parole, i tempi di tutti gli archi collegati dei simplici, secondo il concetto CDT, devono coincidere tra loro. Quindi, forse la causalità è alla base della geometria dello spazio-tempo.
Teoria delle relazioni di causa ed effetto
Nella teoria delle relazioni causa-effetto, la causalità occupa un posto ancora più importante. La base di questo approccio alla gravità quantistica è il teorema di David Malament. Questo teorema afferma che la struttura dello spaziotempo causale è sufficiente per ripristinare la sua classe conforme. Pertanto, conoscere il fattore conforme e la struttura causale è sufficiente per conoscere lo spazio-tempo. Sulla base di ciò, Raphael Sorkin ha proposto l'idea delle connessioni causali, che è un approccio fondamentalmente discreto alla gravità quantistica. La struttura causale dello spazio-tempo è rappresentata come un punto primordiale, e il fattore conforme può essere stabilito identificando ogni elemento di questo punto primordiale con unità di volume.
Cosa dice il principio di causalità nella gestione
Per il controllo di qualità nella produzione, negli anni '60, Kaworu Ishikawa sviluppò un diagramma causa-effetto noto come "diagramma di Ishikawa" o "diagramma dell'olio di pesce". Il diagramma classifica tutte le possibili cause in sei principalicategorie visualizzate direttamente. Queste categorie vengono quindi suddivise in sottocategorie più piccole. Il metodo Ishikawa identifica le "cause" delle pressioni reciproche da parte dei vari gruppi coinvolti nel processo produttivo di un'azienda, società o società. Questi gruppi possono quindi essere etichettati come categorie sui grafici. L'uso di questi diagrammi ora va oltre il controllo della qualità del prodotto e vengono utilizzati in altre aree di gestione, oltre che nel campo dell'ingegneria e delle costruzioni. Gli schemi di Ishikawa sono stati criticati per non riuscire a distinguere tra condizioni necessarie e sufficienti affinché sorgano conflitti tra i gruppi coinvolti nella produzione. Ma sembra che Ishikawa non abbia nemmeno pensato a queste differenze.
Il determinismo come visione del mondo
La visione deterministica del mondo crede che la storia dell'universo possa essere esaurientemente rappresentata come una progressione di eventi, rappresentando una catena continua di cause ed effetti. I deterministi radicali, per esempio, sono sicuri che non esiste il "libero arbitrio", poiché tutto in questo mondo, secondo loro, è soggetto al principio di corrispondenza e di causalità.
