Das Prinzip der Kausalität (auch Gesetz von Ursache und Wirkung genannt) ist das, das einen Prozess (Ursache) mit einem anderen Prozess oder Zustand (Wirkung) in Beziehung setzt, wobei der erste teilweise für den zweiten und der zweite verantwortlich ist ist teilweise abhängig von der ersten. Dies ist eines der Hauptgesetze der Logik und Physik. Kürzlich haben jedoch französische und australische Physiker das Kausalitätsprinzip in dem optischen System, das sie kürzlich künstlich geschaffen haben, ausgesch altet.
Im Allgemeinen hat jeder Prozess viele Ursachen, die kausale Faktoren für ihn sind, und alle liegen in seiner Vergangenheit. Eine Wirkung wiederum kann Ursache vieler anderer Wirkungen sein, die alle in ihrer Zukunft liegen. Kausalität hat eine metaphysische Verbindung mit den Konzepten von Zeit und Raum, und die Verletzung des Kausalitätsprinzips wird in fast allen modernen Wissenschaften als schwerwiegender logischer Fehler angesehen.
Die Essenz des Konzepts
Kausalität ist eine Abstraktion, die angibt, wie sich die Welt entwickelt, und ist daher das Hauptkonzept, für das es anfälliger istdie verschiedenen Konzepte der Progression zu erklären. Es ist in gewisser Weise mit dem Begriff der Effizienz verbunden. Um das Prinzip der Kausalität (insbesondere in Philosophie, Logik und Mathematik) zu verstehen, muss man über ein gutes logisches Denken und Intuition verfügen. Dieses Konzept ist in Logik und Linguistik weit verbreitet.
Kausalität in der Philosophie
In der Philosophie gilt das Kausalitätsprinzip als eines der Grundprinzipien. Die aristotelische Philosophie verwendet das Wort „Ursache“für „Erklärung“oder die Antwort auf die Frage „Warum?“, einschließlich materieller, formaler, wirksamer und letztendlicher „Ursachen“. „Ursache“ist nach Aristoteles auch die Erklärung von allem. Das Thema Kausalität bleibt zentral für die zeitgenössische Philosophie.
Relativität und Quantenmechanik
Um zu verstehen, was das Kausalitätsprinzip aussagt, muss man mit Albert Einsteins Relativitätstheorie und den Grundlagen der Quantenmechanik vertraut sein. In der klassischen Physik kann eine Wirkung nicht auftreten, bevor ihre unmittelbare Ursache auftritt. Das Kausalitätsprinzip, das Wahrheitsprinzip, das Relativitätsprinzip sind recht eng miteinander verwandt. Zum Beispiel bedeutet Kausalität in Einsteins spezieller Relativitätstheorie, dass eine Wirkung unabhängig von der Ursache nicht auftreten kann, die nicht im hinteren (vergangenen) Lichtkegel des Ereignisses liegt. Ebenso wenig kann eine Ursache außerhalb ihres (zukünftigen) Lichtkegels wirken. Diese abstrakte und langatmige Erklärung Einsteins, die dem Leser weit entfernt von der Physik unklar ist, führte zur EinführungKausalitätsprinzip in der Quantenmechanik. In jedem Fall stimmen Einsteins Einschränkungen mit der vernünftigen Annahme (oder Annahme) überein, dass sich kausale Einflüsse nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit und/oder im Laufe der Zeit ausbreiten können. In der Quantenfeldtheorie müssen beobachtete Ereignisse mit raumähnlicher Abhängigkeit pendeln, sodass die Reihenfolge der Beobachtungen oder Messungen beobachteter Objekte ihre Eigenschaften nicht beeinflusst. Anders als in der Quantenmechanik hat das Kausalitätsprinzip der klassischen Mechanik eine ganz andere Bedeutung.
Newtons zweites Gesetz
Kausalität sollte nicht mit Newtons zweitem Impulserh altungssatz verwechselt werden, da diese Verwirrung eine Folge der räumlichen Homogenität physikalischer Gesetze ist.
Eine der Anforderungen des Kausalitätsprinzips, das auf der Ebene menschlicher Erfahrung gilt, ist, dass Ursache und Wirkung in Raum und Zeit vermittelt werden müssen (Kontaktanforderung). Diese Forderung war in der Vergangenheit sehr wichtig, vor allem bei der direkten Beobachtung kausaler Prozesse (z. B. beim Schieben eines Karrens), und zweitens als problematischer Aspekt der Newtonschen Gravitationstheorie (Anziehung der Erde durch die Sonne). durch Fernwirkung), die mechanistische Vorschläge wie die Wirbeltheorie von Descartes ersetzen. Das Prinzip der Kausalität wird oft als Anregung für die Entwicklung dynamischer Feldtheorien (z. B. Maxwells Elektrodynamik und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie) gesehen, die die grundlegenden Fragen der Physik viel besser erklären alsdie oben erwähnte Theorie von Descartes. Um das Thema der klassischen Physik fortzusetzen, können wir uns an den Beitrag von Poincaré erinnern - das Prinzip der Kausalität in der Elektrodynamik ist dank seiner Entdeckung noch relevanter geworden.
Empirik und Metaphysik
Die Abneigung der Empiristen gegenüber metaphysischen Erklärungen (wie der Wirbeltheorie von Descartes) hat einen starken Einfluss auf die Vorstellung von der Bedeutung der Kausalität. Dementsprechend wurde die Prätentiösität dieses Konzepts heruntergespielt (zum Beispiel in Newtons Hypothesen). Laut Ernst Mach war der Kraftbegriff im zweiten Newtonschen Gesetz "tautologisch und redundant".
Kausalität in Gleichungen und Rechenformeln
Die Gleichungen beschreiben einfach den Interaktionsprozess, ohne dass ein Körper als Ursache der Bewegung eines anderen interpretiert werden muss und den Zustand des Systems vorhersagen, nachdem diese Bewegung abgeschlossen ist. Die Rolle des Kausalitätsprinzips in mathematischen Gleichungen ist im Vergleich zur Physik zweitrangig.
Deduktion und Nomologie
Die Möglichkeit einer zeitunabhängigen Kausalitätsbetrachtung liegt der deduktiv-nomologischen (D-N) Betrachtungsweise einer wissenschaftlichen Erklärung eines Ereignisses zugrunde, die in ein wissenschaftliches Gesetz einfließen kann. In der Darstellung des D-N-Ansatzes wird ein physikalischer Zustand als erklärbar bezeichnet, wenn er durch Anwendung eines (deterministischen) Gesetzes aus gegebenen Anfangsbedingungen erh alten werden kann. Solche Anfangsbedingungen können die Impulse und der Abstand der Sterne zueinander sein, wenn wir zum Beispiel von Astrophysik sprechen. Diese "deterministische Erklärung" wird manchmal als kausal bezeichnet. Determinismus.
Determinismus
Die Kehrseite der D-N-Ansicht ist, dass das Prinzip der Kausalität und des Determinismus mehr oder weniger identifiziert werden. Daher wurde in der klassischen Physik angenommen, dass alle Phänomene durch frühere Ereignisse in Übereinstimmung mit bekannten Naturgesetzen verursacht (d.h. bestimmt) wurden, was in Pierre-Simon Laplaces Behauptung gipfelte, dass, wenn der aktuelle Zustand der Welt aus Genauigkeit bekannt wäre, seine zukünftigen und vergangenen Zustände könnten ebenfalls berechnet werden. Dieses Konzept wird jedoch allgemein als Laplace-Determinismus (und nicht als "Laplace-Kausalität") bezeichnet, da es auf dem Determinismus in mathematischen Modellen beruht - einem solchen Determinismus, wie er beispielsweise im mathematischen Cauchy-Problem dargestellt wird.
Die Verwechslung von Kausalität und Determinismus ist besonders akut in der Quantenmechanik - diese Wissenschaft ist akausal in dem Sinne, dass sie in vielen Fällen die Ursachen tatsächlich beobachteter Wirkungen nicht identifizieren oder die Wirkungen identischer Ursachen vorhersagen kann, aber vielleicht ist in einigen seiner Interpretationen immer noch bestimmt - zum Beispiel, wenn angenommen wird, dass die Wellenfunktion nicht tatsächlich zusammenbricht, wie in der Viele-Welten-Interpretation, oder wenn ihr Zusammenbruch auf verborgene Variablen zurückzuführen ist, oder einfach den Determinismus als einen bestimmenden Wert neu definiert Wahrscheinlichkeiten statt spezifischer Effekte.
Schwierig am Komplexen: Kausalität, Determinismus und das Kausalitätsprinzip in der Quantenmechanik
In der modernen Physik ist das Konzept der Kausalität immer noch nicht vollständig verstanden. Verstehendie spezielle Relativitätstheorie bestätigte die Kausalitätsannahme, machte aber die Bedeutung des Wortes "gleichzeitig" vom Beobachter (im Sinne des Beobachters in der Quantenmechanik) abhängig. Daher besagt das relativistische Kausalitätsprinzip, dass die Ursache nach Ansicht aller Trägheitsbeobachter der Handlung vorausgehen muss. Dies ist gleichbedeutend mit der Aussage, dass eine Ursache und ihre Wirkung durch ein Zeitintervall getrennt sind und dass die Wirkung zur Zukunft der Ursache gehört. Wenn das Zeitintervall zwei Ereignisse trennt, bedeutet dies, dass ein Signal zwischen ihnen mit einer Geschwindigkeit gesendet werden kann, die die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet. Wenn sich die Signale andererseits schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen können, würde dies die Kausalität verletzen, da das Signal in Zwischenintervallen gesendet werden könnte, was bedeutet, dass das Signal zumindest einigen Trägheitsbeobachtern so erscheinen würde sich in der Zeit rückwärts bewegen. Aus diesem Grund erlaubt die spezielle Relativitätstheorie verschiedenen Objekten nicht, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit miteinander zu kommunizieren.
Allgemeine Relativitätstheorie
In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird das Kausalitätsprinzip auf einfachste Weise verallgemeinert: Eine Wirkung muss zum zukünftigen Lichtkegel ihrer Ursache gehören, auch wenn die Raumzeit gekrümmt ist. Beim Studium der Kausalität in der Quantenmechanik und insbesondere in der relativistischen Quantenfeldtheorie müssen neue Feinheiten berücksichtigt werden. In der Quantenfeldtheorie ist Kausalität eng mit dem Lokalitätsprinzip verbunden. Allerdings das PrinzipDie Lokalität darin ist umstritten, da sie stark von der Interpretation der gewählten Quantenmechanik abhängt, insbesondere für Quantenverschränkungsexperimente, die das Bellsche Theorem erfüllen.
Schlussfolgerung
Trotz dieser Feinheiten bleibt Kausalität ein wichtiges und gültiges Konzept in physikalischen Theorien. Zum Beispiel ist die Vorstellung, dass Ereignisse in Ursachen und Wirkungen eingeordnet werden können, notwendig, um Paradoxien der Kausalität zu verhindern (oder zumindest zu verstehen), wie das „Großvater-Paradoxon“, das fragt: „Was passiert, wenn ein Reisender Zeit hat, seinen Großvater vor ihm zu töten? jemals seine Großmutter getroffen?"
Schmetterlingseffekt
Physikalische Theorien wie der Schmetterlingseffekt aus der Chaostheorie eröffnen Möglichkeiten wie verteilte Parametersysteme in der Kausalität.
Eine verwandte Art, den Schmetterlingseffekt zu interpretieren, besteht darin, ihn als Hinweis auf den Unterschied zwischen der Anwendung des Kausalitätsbegriffs in der Physik und der allgemeineren Verwendung von Kausalität zu sehen. In der klassischen (newtonschen) Physik werden im allgemeinen nur diejenigen Bedingungen (explizit) berücksichtigt, die für das Eintreten eines Ereignisses notwendig und hinreichend sind. Ein Verstoß gegen das Kausalitätsprinzip ist auch ein Verstoß gegen die Gesetze der klassischen Physik. Dies ist heute nur noch in marginalen Theorien zulässig.
Das Prinzip der Kausalität impliziert einen Auslöser, der die Bewegung eines Objekts auslöst. Auf die gleiche Weise kann ein Schmetterlingals Ursache des Tornados im klassischen Beispiel zur Erklärung der Theorie des Schmetterlingseffekts angesehen.
Kausalität und Quantengravitation
Causal Dynamic Triangulation (abgekürzt als CDT), erfunden von Renata Loll, Jan Ambjörn und Jerzy Jurkiewicz und populär gemacht von Fotini Markopulo und Lee Smolin, ist ein Ansatz zur Quantengravitation, der wie die Loop-Quantengravitation hintergrundunabhängig ist. Das heißt, er geht nicht von einer bereits existierenden Arena (dimensionalem Raum) aus, sondern versucht zu zeigen, wie sich die Struktur der Raumzeit selbst allmählich entwickelt. Die Loops '05-Konferenz, die von vielen Loop-Quantengravitationstheoretikern organisiert wurde, umfasste mehrere Präsentationen, in denen CDT auf professioneller Ebene diskutiert wurde. Diese Konferenz stieß auf großes Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
In großem Maßstab rekonstruiert diese Theorie die bekannte 4-dimensionale Raumzeit, zeigt aber, dass die Raumzeit auf der Planck-Skala zweidimensional sein muss und eine fraktale Struktur auf Scheiben konstanter Zeit zeigt. Mit einer Struktur namens Simplex teilt es die Raumzeit in winzige dreieckige Abschnitte. Ein Simplex ist eine verallgemeinerte Form eines Dreiecks in verschiedenen Dimensionen. Der dreidimensionale Simplex wird normalerweise als Tetraeder bezeichnet, während der vierdimensionale der Hauptbaustein dieser Theorie ist, die auch als Pentatop oder Pentachoron bekannt ist. Jeder Simplex ist geometrisch flach, aber die Simplexe können auf verschiedene Weise "zusammengeklebt" werden, um gekrümmte Räume zu erzeugen. In Fällen, in denen früherVersuche, Quantenräume zu triangulieren, erzeugten gemischte Universen mit zu vielen Dimensionen oder minimale Universen mit zu wenigen Dimensionen. CDT vermeidet dieses Problem, indem es nur Konfigurationen zulässt, bei denen die Ursache jeder Wirkung vorausgeht. Mit anderen Worten, die Zeitrahmen aller verbundenen Kanten von Simplizes müssen gemäß dem CDT-Konzept miteinander übereinstimmen. Daher liegt vielleicht Kausalität der Geometrie der Raumzeit zugrunde.
Theorie der Ursache-Wirkungs-Beziehungen
In der Theorie der Ursache-Wirkungs-Beziehungen nimmt die Kausalität einen noch prominenteren Platz ein. Grundlage dieser Annäherung an die Quantengravitation ist das Theorem von David Malament. Dieses Theorem besagt, dass die kausale Raumzeitstruktur ausreicht, um seine konforme Klasse wiederherzustellen. Daher reicht es aus, den konformen Faktor und die kausale Struktur zu kennen, um die Raumzeit zu kennen. Darauf aufbauend schlug Raphael Sorkin die Idee kausaler Zusammenhänge vor, die eine grundsätzlich diskrete Herangehensweise an die Quantengravitation darstellt. Die kausale Struktur der Raumzeit wird als Urpunkt dargestellt, und der konforme Faktor kann festgestellt werden, indem jedes Element dieses Urpunkts mit Einheitsvolumen identifiziert wird.
Was das Kausalitätsprinzip im Management sagt
Für die Qualitätskontrolle in der Fertigung entwickelte Kaworu Ishikawa in den 1960er Jahren ein Ursache-Wirkungs-Diagramm, das als "Ishikawa-Diagramm" oder "Fischöldiagramm" bekannt ist. Das Diagramm kategorisiert alle möglichen Ursachen in sechs HauptursachenKategorien, die direkt angezeigt werden. Diese Kategorien werden dann in kleinere Unterkategorien unterteilt. Die Ishikawa-Methode identifiziert die „Ursachen“des gegenseitigen Drucks durch verschiedene Gruppen, die am Produktionsprozess einer Firma, eines Unternehmens oder einer Gesellschaft beteiligt sind. Diese Gruppen können dann in den Diagrammen als Kategorien gekennzeichnet werden. Die Verwendung dieser Diagramme geht jetzt über die Produktqualitätskontrolle hinaus und sie werden in anderen Bereichen des Managements sowie im Bereich Ingenieurwesen und Bauwesen verwendet. Ishikawas Schemata wurden dafür kritisiert, dass sie nicht zwischen notwendigen und hinreichenden Bedingungen für Konflikte zwischen den an der Produktion beteiligten Gruppen unterscheiden. Aber es scheint, dass Ishikawa nicht einmal über diese Unterschiede nachgedacht hat.
Determinismus als Weltanschauung
Das deterministische Weltbild glaubt, dass die Geschichte des Universums vollständig als Abfolge von Ereignissen dargestellt werden kann, die eine kontinuierliche Kette von Ursachen und Wirkungen darstellen. Radikale Deterministen beispielsweise sind sich sicher, dass es so etwas wie einen „freien Willen“nicht gibt, da alles auf dieser Welt ihrer Meinung nach dem Korrespondenz- und Kausalitätsprinzip unterliegt.
