Het causaliteitsbeginsel (ook wel de wet van oorzaak en gevolg genoemd) is dat wat het ene proces (oorzaak) in verband brengt met een ander proces of toestand (gevolg), waarbij het eerste gedeeltelijk verantwoordelijk is voor het tweede, en het tweede is deels afhankelijk van de eerste. Dit is een van de belangrijkste wetten van logica en natuurkunde. Onlangs hebben Franse en Australische natuurkundigen echter het causaliteitsbeginsel uitgeschakeld in het optische systeem dat ze onlangs kunstmatig hebben gecreëerd.
Over het algemeen heeft elk proces vele oorzaken die er oorzakelijke factoren voor zijn, en ze liggen allemaal in het verleden. Eén effect kan op zijn beurt de oorzaak zijn van vele andere effecten, die allemaal in de toekomst liggen. Causaliteit heeft een metafysisch verband met de concepten tijd en ruimte, en de schending van het causaliteitsbeginsel wordt in bijna alle moderne wetenschappen als een ernstige logische fout beschouwd.
De essentie van het concept
Causaliteit is een abstractie die aangeeft hoe de wereld evolueert, en is daarom het belangrijkste concept dat vatbaarder is voorom de verschillende concepten van progressie uit te leggen. Het is in zekere zin verbonden met het begrip efficiëntie. Om het causaliteitsbeginsel te begrijpen (vooral in de filosofie, logica en wiskunde), moet men goed logisch denken en intuïtie hebben. Dit concept is breed vertegenwoordigd in logica en taalkunde.
Causaliteit in de filosofie
In de filosofie wordt het causaliteitsbeginsel als een van de basisprincipes beschouwd. Aristotelische filosofie gebruikt het woord 'oorzaak' in de betekenis van 'verklaring' of het antwoord op de vraag 'waarom', met inbegrip van materiële, formele, efficiënte en ultieme 'oorzaken'. Volgens Aristoteles is "oorzaak" ook de verklaring van alles. Het thema causaliteit blijft centraal staan in de hedendaagse filosofie.
Relativiteit en kwantummechanica
Om te begrijpen wat het causaliteitsbeginsel zegt, moet je bekend zijn met de relativiteitstheorieën van Albert Einstein en de basisprincipes van de kwantummechanica. In de klassieke natuurkunde kan een effect niet optreden voordat de directe oorzaak zich voordoet. Het causaliteitsbeginsel, het waarheidsbeginsel, het relativiteitsbeginsel zijn vrij nauw met elkaar verbonden. In de speciale relativiteitstheorie van Einstein betekent causaliteit bijvoorbeeld dat een effect niet kan optreden ongeacht de oorzaak die zich niet in de achterste (voorgaande) lichtkegel van de gebeurtenis bevindt. Evenzo kan een oorzaak geen effect hebben buiten zijn (toekomstige) lichtkegel. Deze abstracte en lange uitleg van Einstein, voor de lezer obscuur ver van de natuurkunde, leidde tot de inleidingcausaliteitsprincipe in de kwantummechanica. Hoe dan ook, de beperkingen van Einstein zijn consistent met de redelijke overtuiging (of veronderstelling) dat causale invloeden niet sneller kunnen reizen dan de snelheid van het licht en/of het verstrijken van de tijd. In de kwantumveldentheorie moeten waargenomen gebeurtenissen met ruimte-achtige afhankelijkheid pendelen, dus de volgorde van waarnemingen of metingen van waargenomen objecten heeft geen invloed op hun eigenschappen. In tegenstelling tot de kwantummechanica heeft het causaliteitsprincipe van de klassieke mechanica een heel andere betekenis.
De tweede wet van Newton
Causaliteit moet niet worden verward met Newtons tweede wet van behoud van impuls, omdat deze verwarring een gevolg is van de ruimtelijke homogeniteit van natuurkundige wetten.
Een van de vereisten van het causaliteitsbeginsel, geldig op het niveau van de menselijke ervaring, is dat oorzaak en gevolg moeten worden bemiddeld in ruimte en tijd (de vereiste van contact). Deze vereiste is in het verleden erg belangrijk geweest, voornamelijk bij het proces van directe observatie van causale processen (bijvoorbeeld het duwen van een kar), en ten tweede als een problematisch aspect van Newtons zwaartekrachttheorie (de aantrekking van de aarde door de zon). door actie op afstand), ter vervanging van mechanistische voorstellen zoals de theorie van vortexen van Descartes. Het causaliteitsbeginsel wordt vaak gezien als een stimulans voor de ontwikkeling van dynamische veldtheorieën (bijvoorbeeld de elektrodynamica van Maxwell en de algemene relativiteitstheorie van Einstein) die de fundamentele vragen van de natuurkunde veel beter verklaren dande eerder genoemde theorie van Descartes. Als we het thema van de klassieke natuurkunde voortzetten, kunnen we ons de bijdrage van Poincaré herinneren - het principe van causaliteit in de elektrodynamica is dankzij zijn ontdekking nog relevanter geworden.
Empirica en metafysica
De afkeer van empiristen tegen metafysische verklaringen (zoals Descartes' theorie van draaikolken) heeft een sterke invloed op het idee van het belang van causaliteit. Dienovereenkomstig is de pretentie van dit concept gebagatelliseerd (bijvoorbeeld in de hypothesen van Newton). Volgens Ernst Mach was het concept van kracht in de tweede wet van Newton "tautologisch en overbodig".
Causaliteit in vergelijkingen en berekeningsformules
De vergelijkingen beschrijven eenvoudig het proces van interactie, zonder dat het nodig is het ene lichaam te interpreteren als de oorzaak van de beweging van een ander en de toestand van het systeem te voorspellen nadat deze beweging is voltooid. De rol van het causaliteitsbeginsel in wiskundige vergelijkingen is secundair vergeleken met de natuurkunde.
Aftrek en nomologie
De mogelijkheid van een tijdonafhankelijke kijk op causaliteit ligt ten grondslag aan de deductief-nomologische (D-N) kijk op een wetenschappelijke verklaring van een gebeurtenis die in een wetenschappelijke wet kan worden opgenomen. In de representatie van de D-N-benadering wordt een fysieke toestand verklaarbaar genoemd als deze door toepassing van een (deterministische) wet kan worden verkregen uit gegeven beginvoorwaarden. Dergelijke beginvoorwaarden kunnen het moment en de afstand van elkaar van de sterren omvatten, als we het bijvoorbeeld hebben over astrofysica. Deze "deterministische verklaring" wordt soms causaal genoemd.determinisme.
Determinisme
Het nadeel van de D-N-opvatting is dat het principe van causaliteit en determinisme min of meer worden geïdentificeerd. Zo werd in de klassieke natuurkunde aangenomen dat alle verschijnselen werden veroorzaakt door (d.w.z. bepaald door) eerdere gebeurtenissen in overeenstemming met bekende natuurwetten, wat culmineerde in de bewering van Pierre-Simon Laplace dat als de huidige toestand van de wereld nauwkeurig bekend zou zijn, konden ook de toekomstige en vroegere toestanden worden berekend. Dit concept wordt echter gewoonlijk Laplace-determinisme genoemd (in plaats van "Laplace-causaliteit") omdat het afhankelijk is van determinisme in wiskundige modellen - een determinisme zoals bijvoorbeeld wordt weergegeven in het wiskundige Cauchy-probleem.
De verwarring tussen causaliteit en determinisme is vooral acuut in de kwantummechanica - deze wetenschap is acausaal in de zin dat ze in veel gevallen de oorzaken van werkelijk waargenomen effecten niet kan identificeren of de effecten van identieke oorzaken kan voorspellen, maar misschien wordt nog steeds bepaald in sommige van zijn interpretaties - bijvoorbeeld als wordt aangenomen dat de golffunctie niet daadwerkelijk instort, zoals in de interpretatie van de vele werelden, of als de ineenstorting te wijten is aan verborgen variabelen, of eenvoudigweg determinisme herdefinieert als een waarde die bepalend is waarschijnlijkheden in plaats van specifieke effecten.
Moeilijk over het complex: causaliteit, determinisme en het principe van causaliteit in de kwantummechanica
In de moderne natuurkunde wordt het concept van causaliteit nog steeds niet volledig begrepen. Begripspeciale relativiteit bevestigde de aanname van causaliteit, maar ze maakten de betekenis van het woord "gelijktijdig" afhankelijk van de waarnemer (in de zin waarin de waarnemer wordt begrepen in de kwantummechanica). Daarom zegt het relativistische principe van causaliteit dat de oorzaak de actie moet voorafgaan volgens alle traagheidswaarnemers. Dit komt overeen met te zeggen dat een oorzaak en het gevolg ervan gescheiden zijn door een tijdsinterval, en dat het gevolg behoort tot de toekomst van de oorzaak. Als het tijdsinterval twee gebeurtenissen scheidt, betekent dit dat er een signaal tussen hen kan worden verzonden met een snelheid die de lichtsnelheid niet overschrijdt. Aan de andere kant, als de signalen sneller kunnen reizen dan de lichtsnelheid, zou dit de causaliteit schenden omdat het signaal met tussenliggende intervallen zou kunnen worden verzonden, wat betekent dat het signaal voor tenminste sommige traagheidswaarnemers lijkt te achteruit gaan in de tijd. Om deze reden staat de speciale relativiteitstheorie niet toe dat verschillende objecten sneller met elkaar communiceren dan de lichtsnelheid.
Algemene relativiteit
In de algemene relativiteitstheorie wordt het causaliteitsbeginsel op de eenvoudigste manier veralgemeend: een effect moet behoren tot de toekomstige lichtkegel van zijn oorzaak, zelfs als de ruimtetijd gekromd is. Bij de studie van causaliteit in de kwantummechanica en in het bijzonder in de relativistische kwantumveldentheorie moet rekening worden gehouden met nieuwe subtiliteiten. In de kwantumveldentheorie is causaliteit nauw verwant aan het lokaliteitsprincipe. Het principe is echterplaats daarin wordt betwist, omdat het sterk afhankelijk is van de interpretatie van de gekozen kwantummechanica, vooral voor kwantumverstrengelingsexperimenten die voldoen aan de stelling van Bell.
Conclusie
Ondanks deze subtiliteiten blijft causaliteit een belangrijk en geldig concept in natuurkundige theorieën. Het idee dat gebeurtenissen bijvoorbeeld in oorzaken en gevolgen kunnen worden geordend, is nodig om paradoxen van causaliteit te voorkomen (of op zijn minst te begrijpen) zoals de "grootvaderparadox" die vraagt: "Wat gebeurt er als een reiziger de tijd neemt om zijn grootvader te doden voordat hij ooit zijn oma ontmoet?"
Vlindereffect
Theorieën in de natuurkunde, zoals het vlindereffect uit de chaostheorie, openen mogelijkheden zoals gedistribueerde systemen van parameters in causaliteit.
Een verwante manier om het vlindereffect te interpreteren is om het te zien als een indicatie van het verschil tussen de toepassing van het begrip causaliteit in de natuurkunde en het meer algemene gebruik van causaliteit. In de klassieke (Newtoniaanse) fysica wordt in het algemeen alleen rekening gehouden met de omstandigheden die noodzakelijk en voldoende zijn voor het plaatsvinden van een gebeurtenis (expliciet). Schending van het causaliteitsbeginsel is ook een schending van de wetten van de klassieke fysica. Tegenwoordig is dit alleen toegestaan in marginale theorieën.
Het causaliteitsbeginsel impliceert een trigger die de beweging van een object start. Op dezelfde manier kan een vlinderbeschouwd als de oorzaak van de tornado in het klassieke voorbeeld waarin de theorie van het vlindereffect wordt uitgelegd.
Causaliteit en kwantumzwaartekracht
Causal Dynamic Triangulation (afgekort als CDT), uitgevonden door Renata Loll, Jan Ambjörn en Jerzy Jurkiewicz en gepopulariseerd door Fotini Markopulo en Lee Smolin, is een benadering van kwantumzwaartekracht die, net als luskwantumzwaartekracht, achtergrondonafhankelijk is. Dit betekent dat hij niet uitgaat van een reeds bestaande arena (dimensionale ruimte), maar probeert te laten zien hoe de structuur van ruimte-tijd zelf geleidelijk evolueert. De Loops '05-conferentie, georganiseerd door vele loop-kwantumzwaartekrachttheoretici, omvatte verschillende presentaties die CDT op professioneel niveau bespraken. Deze conferentie wekte veel belangstelling van de wetenschappelijke gemeenschap.
Op grote schaal herschept deze theorie de bekende 4-dimensionale ruimte-tijd, maar laat zien dat ruimte-tijd tweedimensionaal moet zijn op de Planck-schaal en fractale structuur moet vertonen op schijfjes met constante tijd. Met behulp van een structuur die een simplex wordt genoemd, verdeelt het ruimte-tijd in kleine driehoekige secties. Een simplex is een algemene vorm van een driehoek in verschillende dimensies. De driedimensionale simplex wordt meestal een tetraëder genoemd, terwijl de vierdimensionale de belangrijkste bouwsteen is in deze theorie, ook wel pentatoop of pentachoron genoemd. Elke simplex is geometrisch vlak, maar de simplexen kunnen op verschillende manieren aan elkaar worden "gelijmd" om gebogen ruimtes te creëren. In gevallen waar eerderepogingen om kwantumruimten te trianguleren produceerden gemengde universums met te veel dimensies, of minimale universums met te weinig dimensies, CDT vermijdt dit probleem door alleen configuraties toe te staan waarbij de oorzaak voorafgaat aan enig effect. Met andere woorden, de tijdframes van alle verbonden randen van simplexen, volgens het CDT-concept, moeten met elkaar samenvallen. Dus misschien ligt causaliteit ten grondslag aan de geometrie van ruimte-tijd.
Theorie van oorzaak en gevolg relaties
In de theorie van oorzaak-gevolgrelaties neemt causaliteit een nog prominentere plaats in. De basis van deze benadering van kwantumzwaartekracht is de stelling van David Malament. Deze stelling stelt dat de causale ruimtetijdstructuur voldoende is om zijn conforme klasse te herstellen. Daarom is het kennen van de conforme factor en de causale structuur voldoende om de ruimte-tijd te kennen. Op basis hiervan stelde Raphael Sorkin het idee van causale verbanden voor, wat een fundamenteel discrete benadering is van kwantumzwaartekracht. De causale structuur van ruimte-tijd wordt weergegeven als een oerpunt, en de conforme factor kan worden vastgesteld door elk element van dit oerpunt te identificeren met eenheidsvolume.
Wat het causaliteitsbeginsel zegt in management
Voor kwaliteitscontrole in de productie ontwikkelde Kaworu Ishikawa in de jaren zestig een oorzaak-en-gevolgdiagram dat bekend staat als het "Ishikawa-diagram" of "visoliediagram". Het diagram categoriseert alle mogelijke oorzaken in zes hoofdoorzaken:categorieën die direct worden weergegeven. Deze categorieën worden vervolgens onderverdeeld in kleinere subcategorieën. De Ishikawa-methode identificeert de "oorzaken" van druk op elkaar door verschillende groepen die betrokken zijn bij het productieproces van een bedrijf, bedrijf of bedrijf. Deze groepen kunnen vervolgens worden gelabeld als categorieën in de grafieken. Het gebruik van deze diagrammen gaat nu verder dan productkwaliteitscontrole, en ze worden gebruikt in andere managementgebieden, maar ook op het gebied van engineering en constructie. Ishikawa's schema's zijn bekritiseerd omdat ze geen onderscheid maken tussen noodzakelijke en voldoende voorwaarden voor het ontstaan van conflicten tussen de bij de productie betrokken groepen. Maar het lijkt erop dat Ishikawa niet eens aan deze verschillen heeft gedacht.
Determinisme als wereldbeeld
Het deterministische wereldbeeld gelooft dat de geschiedenis van het universum uitputtend kan worden weergegeven als een opeenvolging van gebeurtenissen, die een continue keten van oorzaken en gevolgen vertegenwoordigen. Radicale deterministen zijn er bijvoorbeeld zeker van dat er niet zoiets bestaat als 'vrije wil', aangezien alles in deze wereld, naar hun mening, onderworpen is aan het principe van overeenstemming en causaliteit.
