עקרון הסיבתיות (נקרא גם חוק הסיבה והתוצאה) הוא זה שמקשר תהליך (סיבה) אחד לתהליך או מצב אחר (תוצאה), כאשר הראשון אחראי בחלקו לשני, והשני תלוי בחלקו בראשון. זהו אחד החוקים העיקריים של הלוגיקה והפיסיקה. עם זאת, לאחרונה ביטלו פיזיקאים צרפתים ואוסטרלים את עקרון הסיבתיות במערכת האופטית שהם יצרו לאחרונה באופן מלאכותי.
באופן כללי, לכל תהליך יש סיבות רבות המהוות גורמים סיבתיים עבורו, וכולם טמונים בעברו. השפעה אחת, בתורה, יכולה להיות הגורם להשפעות רבות אחרות, שכולן נמצאות בעתיד שלה. לסיבתיות יש קשר מטפיזי עם מושגי זמן ומרחב, והפגיעה בעקרון הסיבתיות נחשבת לשגיאה לוגית חמורה כמעט בכל המדעים המודרניים.
מהות הרעיון
סיבתיות היא הפשטה המציינת כיצד העולם מתפתח, ולכן היא המושג העיקרי הנוטה יותר ללהסביר את המושגים השונים של התקדמות. זה קשור במובן מסוים למושג היעילות. על מנת להבין את עיקרון הסיבתיות (במיוחד בפילוסופיה, לוגיקה ומתמטיקה), צריך להיות בעל חשיבה לוגית ואינטואיציה טובים. מושג זה מיוצג באופן נרחב בלוגיקה ובלשנות.
סיבתיות בפילוסופיה
בפילוסופיה, עקרון הסיבתיות נחשב לאחד מעקרונות היסוד. הפילוסופיה האריסטוטלית משתמשת במילה "סיבה" במשמעות של "הסבר" או בתשובה לשאלה "למה?", כולל "סיבות" חומריות, צורניות, יעילות וסופיות. לפי אריסטו, "סיבה" היא גם ההסבר לכל דבר. נושא הסיבתיות נותר מרכזי בפילוסופיה העכשווית.
יחסות ומכניקת קוונטים
כדי להבין מה אומר עקרון הסיבתיות, עליך להכיר את תיאוריות היחסות של אלברט איינשטיין ואת היסודות של מכניקת הקוונטים. בפיזיקה הקלאסית, השפעה לא יכולה להתרחש לפני שהגורם המיידי שלה מופיע. עקרון הסיבתיות, עקרון האמת, עקרון היחסות קשורים זה לזה באופן הדוק למדי. לדוגמה, בתורת היחסות המיוחדת של איינשטיין, סיבתיות פירושה שאפקט לא יכול להתרחש ללא קשר לסיבה שאינה בחרוט האור האחורי (בעבר) של האירוע. כמו כן, סיבה לא יכולה להשפיע מחוץ לקונוס האור (העתידי) שלה. הסבר מופשט וארוך זה של איינשטיין, מעורפל לקורא הרחק מהפיסיקה, הוביל להקדמהעקרון הסיבתיות במכניקת הקוונטים. כך או כך, המגבלות של איינשטיין עולות בקנה אחד עם האמונה (או ההנחה) הסבירה שהשפעות סיבתיות אינן יכולות לנוע מהר יותר ממהירות האור ו/או מחלוף הזמן. בתורת השדות הקוונטים, אירועים נצפים עם תלות כמו מרחב חייבים להתנייד, כך שסדר התצפיות או המדידות של עצמים נצפים אינו משפיע על תכונותיהם. בניגוד למכניקת הקוונטים, לעקרון הסיבתיות של המכניקה הקלאסית יש משמעות שונה לחלוטין.
החוק השני של ניוטון
אין לבלבל בין סיבתיות לבין החוק השני של ניוטון לשימור המומנטום, מכיוון שהבלבול הזה הוא תוצאה של ההומוגניות המרחבית של החוקים הפיזיקליים.
אחת הדרישות של עקרון הסיבתיות, התקפות ברמת החוויה האנושית, היא שיש לתווך סיבה ותוצאה במרחב ובזמן (דרישת המגע). דרישה זו הייתה חשובה מאוד בעבר, בעיקר בתהליך של התבוננות ישירה בתהליכים סיבתיים (למשל, דחיפת עגלה), ושנית, כהיבט בעייתי בתורת הכבידה של ניוטון (משיכת כדור הארץ על ידי השמש). באמצעות פעולה מרחוק), מחליף הצעות מכניסטיות כמו תורת המערבולות של דקארט. עקרון הסיבתיות נתפס לעתים קרובות כגירוי לפיתוח תיאוריות שדות דינמיות (לדוגמה, האלקטרודינמיקה של מקסוול ותורת היחסות הכללית של איינשטיין) שמסבירות את השאלות היסודיות של הפיזיקה טוב יותר מאשרהתיאוריה האמורה של דקארט. בהמשך לנושא הפיזיקה הקלאסית, אנו יכולים להיזכר בתרומתו של פואנקרה - עקרון הסיבתיות באלקטרודינמיקה, הודות לגילויו, הפך לרלוונטי עוד יותר.
אמפיריה ומטאפיזיקה
סלידה של האמפיריציסטים מהסברים מטפיזיים (כגון תורת המערבולות של דקארט) משפיעה מאוד על הרעיון של חשיבות הסיבתיות. בהתאם לכך, יומרנותו של מושג זה הוזלה (לדוגמה, בהיפותזות של ניוטון). לפי ארנסט מאך, מושג הכוח בחוק השני של ניוטון היה "טאוטולוגי ומיותר".
סיבתיות במשוואות ובנוסחאות חישוב
המשוואות פשוט מתארות את תהליך האינטראקציה, ללא כל צורך לפרש גוף אחד כגורם לתנועה של אחר ולחזות את מצב המערכת לאחר השלמת תנועה זו. תפקידו של עקרון הסיבתיות במשוואות מתמטיות הוא משני בהשוואה לפיזיקה.
ניכוי ונומולוגיה
האפשרות של ראייה בלתי תלויה בזמן של סיבתיות עומדת בבסיס ההשקפה הדדוקטיבית-נומולוגית (D-N) של הסבר מדעי של אירוע שניתן לשלבו בחוק מדעי. בייצוג של גישת D-N, נאמר כי מצב פיזיקלי ניתן להסבר אם, באמצעות יישום חוק (דטרמיניסטי), ניתן לקבלו מתנאים התחלתיים נתונים. תנאים ראשוניים כאלה עשויים לכלול את המומנטה והמרחק זה מזה של הכוכבים, אם אנחנו מדברים, למשל, על אסטרופיזיקה. "הסבר דטרמיניסטי" זה נקרא לפעמים סיבתי.דטרמיניזם.
דטרמיניזם
החיסרון של השקפת D-N הוא שעיקרון הסיבתיות והדטרמיניזם מזוהים פחות או יותר. לפיכך, בפיזיקה הקלאסית, ההנחה הייתה שכל התופעות נגרמות על ידי (כלומר, נקבעו על ידי) אירועים קודמים בהתאם לחוקי הטבע הידועים, שהגיעו לשיא בקביעתו של פייר-סימון לפלס שאם המצב הנוכחי של העולם היה ידוע מדיוק, ניתן היה לחשב גם את מצבו העתידי והעבר. עם זאת, מושג זה מכונה בדרך כלל דטרמיניזם לפלס (ולא "סיבתיות לפלס") מכיוון שהוא תלוי בדטרמיניזם במודלים מתמטיים - דטרמיניזם כזה שמיוצג, למשל, בבעיית קאוצ'י המתמטית.
הבלבול בין סיבתיות ודטרמיניזם הוא חריף במיוחד במכניקת הקוונטים - מדע זה הוא סיבתי במובן זה שבמקרים רבים הוא לא יכול לזהות את הגורמים לתופעות שנצפו בפועל או לחזות את ההשפעות של סיבות זהות, אבל, אולי, עדיין נקבע בחלק מהפרשנויות שלו - למשל, אם מניחים שפונקציית הגל לא תקרוס בפועל, כמו בפירוש העולמות הרבים, או אם קריסתה נובעת ממשתנים נסתרים, או פשוט מגדירה מחדש את הדטרמיניזם כערך שקובע הסתברויות ולא השפעות ספציפיות.
קשה לגבי המכלול: סיבתיות, דטרמיניזם ועקרון הסיבתיות במכניקת הקוונטים
בפיזיקה המודרנית, מושג הסיבתיות עדיין לא מובן במלואו. הֲבָנָהתורת היחסות הפרטית אישרה את הנחת הסיבתיות, אך הם הפכו את משמעות המילה "בו-זמנית" לתלויה בצופה (במובן שבו הצופה מובן במכניקת הקוונטים). לכן, העיקרון הרלטיביסטי של הסיבתיות אומר שהסיבה חייבת להקדים את הפעולה לפי כל הצופים האינרציאליים. זה שווה ערך לאמירה שגורם והשפעתה מופרדים על ידי מרווח זמן, ושהתוצאה שייכת לעתיד הגורם. אם מרווח הזמן מפריד בין שני אירועים, המשמעות היא שניתן לשלוח אות ביניהם במהירות שאינה עולה על מהירות האור. מצד שני, אם האותות יכולים לנוע מהר יותר ממהירות האור, הדבר יפר את הסיבתיות מכיוון שזה יאפשר לשלוח את האות במרווחי ביניים, מה שאומר שלפחות לכמה משקיפים אינרציאליים, האות ייראה כמו לנוע אחורה בזמן. מסיבה זו, תורת היחסות הפרטית אינה מאפשרת לאובייקטים שונים לתקשר זה עם זה מהר יותר ממהירות האור.
יחסות כללית
בתורת היחסות הכללית, עקרון הסיבתיות מוכלל בצורה הפשוטה ביותר: השפעה חייבת להיות שייכת לחרוט האור העתידי של סיבתו, גם אם המרחב-זמן עקום. יש לקחת בחשבון דקויות חדשות בחקר הסיבתיות במכניקת הקוונטים ובמיוחד בתורת השדות הקוונטיים הרלטיביסטית. בתורת השדות הקוונטים, סיבתיות קשורה קשר הדוק לעקרון המקומיות. עם זאת, העיקרוןהיישוב בו שנוי במחלוקת, מכיוון שהוא תלוי מאוד בפרשנות של מכניקת הקוונטים שנבחרה, במיוחד עבור ניסויי הסתבכות קוונטיים העונים על משפט בל.
מסקנה
למרות הדקויות הללו, סיבתיות נותרה מושג חשוב ותקף בתיאוריות פיזיקליות. לדוגמה, התפיסה שניתן לסדר אירועים לפי סיבות ותוצאות היא הכרחית כדי למנוע (או לפחות להבין) פרדוקסים של סיבתיות כמו "פרדוקס הסבא" ששואל: "מה קורה אם נוסע יתזמן להרוג את סבו לפני שהוא פוגש פעם את סבתא שלו?"
אפקט הפרפר
תיאוריות בפיזיקה, כמו אפקט הפרפר מתורת הכאוס, פותחות אפשרויות כמו מערכות מבוזרות של פרמטרים בסיבתיות.
דרך קשורה לפרש את אפקט הפרפר היא לראות אותו כמצביע על ההבדל בין היישום של מושג הסיבתיות בפיזיקה לבין השימוש הכללי יותר בסיבתיות. בפיזיקה הקלאסית (ניוטונית), במקרה הכללי, רק אותם תנאים הכרחיים ומספיקים להתרחשות של אירוע נלקחים בחשבון (באופן מפורש). הפרה של עקרון הסיבתיות היא גם הפרה של חוקי הפיזיקה הקלאסית. כיום, זה מותר רק בתיאוריות שוליים.
עקרון הסיבתיות מרמז על טריגר שמתחיל תנועה של אובייקט. באותו אופן, פרפר יכולנחשב כגורם לטורנדו בדוגמה הקלאסית המסבירה את התיאוריה של אפקט הפרפר.
סיבתיות וכבידה קוונטית
טריאנגולציה דינמית סיבתית (בקיצור CDT), שהומצאה על ידי רנטה לול, יאן אמבירן ו-Jerzy Jurkiewicz והפכה לפופולרית על ידי Fotini Markopulo ו-Lee Smolin, היא גישה לכבידה קוונטית, שכמו כוח הכבידה הקוונטית בלולאה, היא בלתי תלויה ברקע. זה אומר שהוא לא מניח שום זירה קיימת (מרחב ממדי), אלא מנסה להראות כיצד מבנה המרחב-זמן עצמו מתפתח בהדרגה. ועידת Loops '05, שאורגנה על ידי תיאורטיקנים רבים של כבידה קוונטית בלולאות, כללה מספר מצגות שדנו ב-CDT ברמה מקצועית. ועידה זו עוררה עניין רב מהקהילה המדעית.
בקנה מידה גדול, תיאוריה זו משחזרת את המרחב-זמן הארבע-מימדי המוכר, אך מראה שמרחב-זמן חייב להיות דו-ממדי בסולם פלאנק ולהראות מבנה פרקטלי על פרוסות זמן קבוע. באמצעות מבנה שנקרא סימפלקס, הוא מחלק את המרחב-זמן למקטעים משולשים זעירים. סימפלקס הוא צורה כללית של משולש בממדים שונים. הסימפלקס התלת מימדי נקרא בדרך כלל טטרהדרון, בעוד שהארבעה מימדי הוא אבן הבניין העיקרית בתיאוריה זו, המכונה גם פנטטופ או פנטכורון. כל סימפלקס שטוח מבחינה גיאומטרית, אך ניתן "להדביק" את הסימפלקסים במגוון דרכים ליצירת חללים מעוקלים. במקרים שבהם קודםניסיונות לשלש מרחבים קוונטיים יצרו יקומים מעורבים עם מימדים רבים מדי, או יקומים מינימליים עם מעט מדי, CDT נמנע מבעיה זו בכך שהוא מאפשר רק תצורות שבהן הסיבה קודמת לכל השפעה. במילים אחרות, מסגרות הזמן של כל הקצוות המחוברים של הפשטות, על פי תפיסת ה-CDT, חייבות לעלות בקנה אחד עם השני. לפיכך, אולי סיבתיות עומדת בבסיס הגיאומטריה של המרחב-זמן.
תיאוריה של קשרי סיבה ותוצאה
בתאוריה של יחסי סיבה ותוצאה, סיבתיות תופסת מקום בולט עוד יותר. הבסיס של גישה זו לכבידה הקוונטית הוא משפט דוד מלמנט. משפט זה קובע שמבנה המרחב-זמן הסיבתי מספיק כדי לשחזר את המחלקה הקונפורמית שלו. לכן, די בהכרת הגורם הקונפורמי והמבנה הסיבתי כדי לדעת את המרחב-זמן. בהתבסס על זה, רפאל סורקין הציע את הרעיון של קשרים סיבתיים, שהוא גישה דיסקרטית ביסודה לכבידה הקוונטית. המבנה הסיבתי של מרחב-זמן מיוצג כנקודה ראשונית, וניתן לקבוע את הגורם הקונפורמי על ידי זיהוי כל אלמנט של נקודה ראשונית זו עם נפח יחידה.
מה אומר עיקרון הסיבתיות בניהול
לבקרת איכות בייצור, בשנות ה-60, פיתח Kaworu Ishikawa דיאגרמת סיבה ותוצאה המכונה "דיאגרמת Ishikawa" או "דיאגרמת שמן דגים". התרשים מחלק את כל הסיבות האפשריות לשש עיקריותקטגוריות שמוצגות ישירות. קטגוריות אלה מחולקות לאחר מכן לתת-קטגוריות קטנות יותר. שיטת אישיקאווה מזהה את ה"גורמים" ללחץ זה על זה מצד קבוצות שונות המעורבות בתהליך הייצור של פירמה, חברה או תאגיד. לאחר מכן ניתן לתייג קבוצות אלה כקטגוריות בתרשימים. השימוש בתרשימים אלו חורג כיום מעבר לבקרת איכות המוצר, והם משמשים בתחומי ניהול נוספים, כמו גם בתחום ההנדסה והבנייה. התוכניות של אישיקאווה זכו לביקורת על כך שלא הצליחו להבחין בין תנאים הכרחיים ומספקים להיווצרות סכסוך בין הקבוצות המעורבות בייצור. אבל נראה שאשיקאווה אפילו לא חשב על ההבדלים האלה.
דטרמיניזם כהשקפת עולם
תפיסת העולם הדטרמיניסטית מאמינה שניתן לייצג את ההיסטוריה של היקום בצורה ממצה כהתקדמות של אירועים, המייצגים שרשרת מתמשכת של סיבות ותוצאות. דטרמיניסטים רדיקליים, למשל, בטוחים שאין דבר כזה "רצון חופשי", שכן כל דבר בעולם הזה, לדעתם, כפוף לעקרון ההתכתבות והסיבתיות.
