El principio de causalidad (también llamado ley de causa y efecto) es aquel que relaciona un proceso (causa) con otro proceso o estado (efecto), donde el primero es parcialmente responsable del segundo, y el segundo depende en parte del primero. Esta es una de las principales leyes de la lógica y la física. Sin embargo, recientemente físicos franceses y australianos desactivaron el principio de causalidad en el sistema óptico que crearon artificialmente recientemente.
En general, cualquier proceso tiene muchas causas que son factores causales para él, y todas ellas se encuentran en su pasado. Un efecto, a su vez, puede ser la causa de muchos otros efectos, todos los cuales se encuentran en su futuro. La causalidad tiene una conexión metafísica con los conceptos de tiempo y espacio, y la violación del principio de causalidad se considera un grave error lógico en casi todas las ciencias modernas.
La esencia del concepto
La causalidad es una abstracción que indica cómo evoluciona el mundo, y por lo tanto es el concepto principal más propenso apara explicar los diversos conceptos de progresión. En cierto sentido está relacionado con el concepto de eficiencia. Para comprender el principio de causalidad (especialmente en filosofía, lógica y matemáticas), uno debe tener un buen pensamiento lógico e intuición. Este concepto está ampliamente representado en la lógica y la lingüística.
Causalidad en Filosofía
En filosofía, el principio de causalidad se considera uno de los principios básicos. La filosofía aristotélica usa la palabra "causa" para significar "explicación" o la respuesta a la pregunta "¿por qué?", Incluyendo "causas" materiales, formales, eficientes y últimas. Según Aristóteles, "causa" es también la explicación de todo. El tema de la causalidad sigue siendo central en la filosofía contemporánea.
Relatividad y mecánica cuántica
Para entender lo que dice el principio de causalidad, debes estar familiarizado con las teorías de la relatividad de Albert Einstein y los conceptos básicos de la mecánica cuántica. En la física clásica, un efecto no puede ocurrir antes de que aparezca su causa inmediata. El principio de causalidad, el principio de verdad, el principio de relatividad están estrechamente relacionados entre sí. Por ejemplo, en la teoría especial de la relatividad de Einstein, la causalidad significa que un efecto no puede ocurrir independientemente de la causa que no esté en el cono de luz posterior (pasado) del evento. Asimismo, una causa no puede tener un efecto fuera de su (futuro) cono de luz. Esta explicación abstracta y larga de Einstein, oscura para el lector lejos de la física, condujo a la introducciónprincipio de causalidad en la mecánica cuántica. De cualquier manera, las limitaciones de Einstein son consistentes con la creencia (o suposición) razonable de que las influencias causales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz y/o el paso del tiempo. En la teoría cuántica de campos, los eventos observados con dependencia similar al espacio deben conmutar, por lo que el orden de las observaciones o mediciones de los objetos observados no afecta sus propiedades. A diferencia de la mecánica cuántica, el principio de causalidad de la mecánica clásica tiene un significado completamente diferente.
Segunda ley de Newton
La causalidad no debe confundirse con la segunda ley de conservación de la cantidad de movimiento de Newton, porque esta confusión es consecuencia de la homogeneidad espacial de las leyes físicas.
Uno de los requisitos del principio de causalidad, válido a nivel de la experiencia humana, es que la causa y el efecto deben estar mediados en el espacio y el tiempo (el requisito del contacto). Este requisito ha sido muy importante en el pasado, principalmente en el proceso de observación directa de procesos causales (por ejemplo, empujar un carro), y en segundo lugar, como un aspecto problemático de la teoría de la gravedad de Newton (la atracción de la Tierra por el Sol). a través de la acción a distancia), reemplazando propuestas mecanicistas como la teoría de los vórtices de Descartes. El principio de causalidad se ve a menudo como un estímulo para el desarrollo de teorías dinámicas de campo (por ejemplo, la electrodinámica de Maxwell y la teoría general de la relatividad de Einstein) que explican las cuestiones fundamentales de la física mucho mejor quela mencionada teoría de Descartes. Continuando con el tema de la física clásica, podemos recordar la contribución de Poincaré: el principio de causalidad en la electrodinámica, gracias a su descubrimiento, se ha vuelto aún más relevante.
Empirismo y metafísica
La aversión de los empiristas a las explicaciones metafísicas (como la teoría de los vórtices de Descartes) tiene una fuerte influencia en la idea de la importancia de la causalidad. En consecuencia, se ha minimizado la pretensión de este concepto (por ejemplo, en las Hipótesis de Newton). Según Ernst Mach, el concepto de fuerza en la segunda ley de Newton era "tautológico y redundante".
Causalidad en ecuaciones y fórmulas de cálculo
Las ecuaciones simplemente describen el proceso de interacción, sin necesidad de interpretar un cuerpo como la causa del movimiento de otro y predecir el estado del sistema después de que se complete este movimiento. El papel del principio de causalidad en las ecuaciones matemáticas es secundario en comparación con la física.
Deducción y nomología
La posibilidad de una visión de la causalidad independiente del tiempo subyace a la visión deductiva-nomológica (D-N) de una explicación científica de un evento que puede incorporarse a una ley científica. En la representación del enfoque D-N, se dice que un estado físico es explicable si, aplicando una ley (determinista), se puede obtener a partir de condiciones iniciales dadas. Tales condiciones iniciales pueden incluir los momentos y la distancia entre las estrellas, si estamos hablando, por ejemplo, de astrofísica. Esta "explicación determinista" a veces se llama causal.determinismo.
Determinismo
La desventaja de la visión D-N es que el principio de causalidad y el determinismo están más o menos identificados. Así, en la física clásica, se suponía que todos los fenómenos eran causados por (es decir, determinados por) eventos anteriores de acuerdo con las leyes naturales conocidas, lo que culminó con la afirmación de Pierre-Simon Laplace de que si el estado actual del mundo se conociera con precisión, también se podrían calcular sus estados futuros y pasados. Sin embargo, este concepto se conoce comúnmente como determinismo de Laplace (en lugar de "causalidad de Laplace") porque depende del determinismo en los modelos matemáticos, tal como se representa, por ejemplo, en el problema matemático de Cauchy.
La confusión entre causalidad y determinismo es especialmente aguda en la mecánica cuántica: esta ciencia es acausal en el sentido de que en muchos casos no puede identificar las causas de los efectos realmente observados o predecir los efectos de causas idénticas, pero, tal vez, todavía está determinada en algunas de sus interpretaciones, por ejemplo, si se supone que la función de onda no colapsará realmente, como en la interpretación de muchos mundos, o si su colapso se debe a variables ocultas, o simplemente redefine el determinismo como un valor que determina probabilidades en lugar de efectos específicos.
Difícil sobre el complejo: causalidad, determinismo y el principio de causalidad en la mecánica cuántica
En la física moderna, el concepto de causalidad aún no se comprende completamente. Comprensiónla relatividad especial confirmó la suposición de causalidad, pero hizo que el significado de la palabra "simultáneo" dependiera del observador (en el sentido en que se entiende al observador en la mecánica cuántica). Por tanto, el principio relativista de causalidad dice que la causa debe preceder a la acción según todos los observadores inerciales. Esto equivale a decir que una causa y su efecto están separados por un intervalo de tiempo, y que el efecto pertenece al futuro de la causa. Si el intervalo de tiempo separa dos eventos, esto significa que se puede enviar una señal entre ellos a una velocidad que no exceda la velocidad de la luz. Por otro lado, si las señales pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz, esto violaría la causalidad porque permitiría que la señal se envíe a intervalos intermedios, lo que significa que, al menos para algunos observadores inerciales, la señal parecería estar retrocediendo en el tiempo. Por esta razón, la relatividad especial no permite que diferentes objetos se comuniquen entre sí más rápido que la velocidad de la luz.
Relatividad General
En la relatividad general, el principio de causalidad se generaliza de la forma más sencilla: un efecto debe pertenecer al futuro cono de luz de su causa, incluso si el espacio-tiempo es curvo. Hay que tener en cuenta nuevas sutilezas en el estudio de la causalidad en la mecánica cuántica y, en particular, en la teoría cuántica relativista de campos. En la teoría cuántica de campos, la causalidad está estrechamente relacionada con el principio de localidad. Sin embargo, el principiose cuestiona su ubicación, ya que depende en gran medida de la interpretación de la mecánica cuántica elegida, especialmente para los experimentos de entrelazamiento cuántico que satisfacen el teorema de Bell.
Conclusión
A pesar de estas sutilezas, la causalidad sigue siendo un concepto importante y válido en las teorías físicas. Por ejemplo, la noción de que los eventos pueden ordenarse en causas y efectos es necesaria para prevenir (o al menos comprender) paradojas de causalidad como la "paradoja del abuelo" que pregunta: "¿Qué sucede si un viajero mata a su abuelo antes de conoce a su abuela?"
Efecto mariposa
Las teorías de la física, como el efecto mariposa de la teoría del caos, abren posibilidades como los sistemas distribuidos de parámetros en la causalidad.
Una forma relacionada de interpretar el efecto mariposa es verlo como una indicación de la diferencia entre la aplicación de la noción de causalidad en la física y el uso más general de la causalidad. En la física clásica (newtoniana), en el caso general, solo se tienen en cuenta (explícitamente) aquellas condiciones que son necesarias y suficientes para que ocurra un evento. La violación del principio de causalidad es también una violación de las leyes de la física clásica. Hoy, esto solo es permisible en las teorías marginales.
El principio de causalidad implica un disparador que inicia el movimiento de un objeto. De la misma manera, una mariposa puedeconsiderada como la causa del tornado en el ejemplo clásico que explica la teoría del efecto mariposa.
Causalidad y gravedad cuántica
La triangulación dinámica causal (abreviada como CDT), inventada por Renata Loll, Jan Ambjörn y Jerzy Jurkiewicz y popularizada por Fotini Markopulo y Lee Smolin, es un enfoque de la gravedad cuántica que, al igual que la gravedad cuántica de bucle, es independiente del fondo. Esto significa que no asume ningún escenario preexistente (espacio dimensional), sino que intenta mostrar cómo evoluciona gradualmente la estructura del espacio-tiempo. La conferencia Loops '05, organizada por muchos teóricos de la gravedad cuántica de bucles, incluyó varias presentaciones que discutieron la CDT a nivel profesional. Esta conferencia generó un interés considerable por parte de la comunidad científica.
A gran escala, esta teoría recrea el familiar espacio-tiempo de 4 dimensiones, pero muestra que el espacio-tiempo debe ser bidimensional en la escala de Planck y mostrar una estructura fractal en segmentos de tiempo constante. Usando una estructura llamada simplex, divide el espacio-tiempo en pequeñas secciones triangulares. Un símplex es una forma generalizada de un triángulo en diferentes dimensiones. El símplex tridimensional generalmente se llama tetraedro, mientras que el tetraedro es el bloque de construcción principal en esta teoría, también conocido como pentátopo o pentacoron. Cada símplex es geométricamente plano, pero los símplex se pueden "pegar" entre sí en una variedad de formas para crear espacios curvos. En los casos en que previamentelos intentos de triangular espacios cuánticos produjeron universos mixtos con demasiadas dimensiones, o universos mínimos con muy pocas, CDT evita este problema al permitir solo configuraciones donde la causa precede a cualquier efecto. En otras palabras, los marcos de tiempo de todos los bordes conectados de simples, según el concepto CDT, deben coincidir entre sí. Por lo tanto, quizás la causalidad subyace a la geometría del espacio-tiempo.
Teoría de las relaciones de causa y efecto
En la teoría de las relaciones de causa y efecto, la causalidad ocupa un lugar aún más destacado. La base de este enfoque de la gravedad cuántica es el teorema de David Malament. Este teorema establece que la estructura causal del espacio-tiempo es suficiente para restaurar su clase conforme. Por tanto, conocer el factor conforme y la estructura causal es suficiente para conocer el espacio-tiempo. Basado en esto, Raphael Sorkin propuso la idea de las conexiones causales, que es un enfoque fundamentalmente discreto de la gravedad cuántica. La estructura causal del espacio-tiempo se representa como un punto primordial, y el factor conforme se puede establecer identificando cada elemento de este punto primordial con unidad de volumen.
Lo que dice el principio de causalidad en la gestión
Para el control de calidad en la fabricación, en la década de 1960, Kaworu Ishikawa desarrolló un diagrama de causa y efecto conocido como "diagrama de Ishikawa" o "diagrama de aceite de pescado". El diagrama clasifica todas las posibles causas en seis principalescategorías que muestra directamente. Estas categorías se subdividen luego en subcategorías más pequeñas. El método Ishikawa identifica las "causas" de la presión mutua de varios grupos involucrados en el proceso de producción de una empresa, empresa o corporación. Estos grupos se pueden etiquetar como categorías en los gráficos. El uso de estos diagramas ahora va más allá del control de calidad del producto, y se utilizan en otras áreas de gestión, así como en el campo de la ingeniería y la construcción. Los esquemas de Ishikawa han sido criticados por no distinguir entre las condiciones necesarias y suficientes para que surja el conflicto entre los grupos involucrados en la producción. Pero parece que Ishikawa ni siquiera pensó en estas diferencias.
El determinismo como cosmovisión
La cosmovisión determinista cree que la historia del universo se puede representar de manera exhaustiva como una progresión de eventos, representando una cadena continua de causas y efectos. Los deterministas radicales, por ejemplo, están seguros de que no existe el "libre albedrío", ya que todo en este mundo, en su opinión, está sujeto al principio de correspondencia y causalidad.
