O princípio da causalidade (também chamado de lei de causa e efeito) é aquele que relaciona um processo (causa) a outro processo ou estado (efeito), onde o primeiro é parcialmente responsável pelo segundo, e o segundo depende parcialmente do primeiro. Esta é uma das principais leis da lógica e da física. No entanto, recentemente físicos franceses e australianos desligaram o princípio da causalidade no sistema óptico que eles criaram artificialmente recentemente.
Em geral, qualquer processo tem muitas causas que são fatores causais para ele, e todas elas estão em seu passado. Um efeito, por sua vez, pode ser a causa de muitos outros efeitos, todos os quais estão em seu futuro. A causalidade tem uma conexão metafísica com os conceitos de tempo e espaço, e a violação do princípio da causalidade é considerada um grave erro lógico em quase todas as ciências modernas.
A essência do conceito
Causalidade é uma abstração que indica como o mundo evolui e, portanto, é o conceito principal mais propenso aexplicar os vários conceitos de progressão. Em certo sentido, está ligado ao conceito de eficiência. Para entender o princípio da causalidade (especialmente em filosofia, lógica e matemática), é preciso ter bom raciocínio lógico e intuição. Este conceito é amplamente representado em lógica e linguística.
Causalidade na Filosofia
Na filosofia, o princípio da causalidade é considerado um dos princípios básicos. A filosofia aristotélica usa a palavra "causa" para significar "explicação" ou a resposta à pergunta "por quê?", incluindo "causas" materiais, formais, eficientes e últimas. Segundo Aristóteles, "causa" é também a explicação de tudo. O tema da causalidade permanece central para a filosofia contemporânea.
Relatividade e mecânica quântica
Para entender o que diz o princípio da causalidade, você precisa estar familiarizado com as teorias da relatividade de Albert Einstein e os fundamentos da mecânica quântica. Na física clássica, um efeito não pode ocorrer antes que sua causa imediata apareça. O princípio da causalidade, o princípio da verdade, o princípio da relatividade estão intimamente relacionados entre si. Por exemplo, na teoria da relatividade especial de Einstein, causalidade significa que um efeito não pode ocorrer independentemente da causa que não esteja no cone de luz posterior (passado) do evento. Da mesma forma, uma causa não pode ter um efeito fora de seu (futuro) cone de luz. Essa explicação abstrata e longa de Einstein, obscura para o leitor distante da física, levou à introduçãoprincípio da causalidade na mecânica quântica. De qualquer forma, as limitações de Einstein são consistentes com a crença (ou suposição) razoável de que as influências causais não podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz e/ou a passagem do tempo. Na teoria quântica de campos, eventos observados com dependência espacial devem comutar, de modo que a ordem das observações ou medições dos objetos observados não afeta suas propriedades. Ao contrário da mecânica quântica, o princípio de causalidade da mecânica clássica tem um significado completamente diferente.
Segunda lei de Newton
Causalidade não deve ser confundida com a segunda lei de Newton da conservação do momento, pois essa confusão é consequência da homogeneidade espacial das leis físicas.
Um dos requisitos do princípio da causalidade, válido no nível da experiência humana, é que causa e efeito devem ser mediados no espaço e no tempo (o requisito do contato). Este requisito foi muito importante no passado, principalmente no processo de observação direta de processos causais (por exemplo, empurrar um carrinho), e em segundo lugar, como um aspecto problemático da teoria da gravidade de Newton (a atração da Terra pelo Sol através da ação à distância), substituindo propostas mecanicistas como a teoria dos vórtices de Descartes. O princípio da causalidade é muitas vezes visto como um estímulo para o desenvolvimento de teorias de campos dinâmicos (por exemplo, a eletrodinâmica de Maxwell e a teoria geral da relatividade de Einstein) que explicam as questões fundamentais da física muito melhor do quea já mencionada teoria de Descartes. Continuando o tema da física clássica, podemos relembrar a contribuição de Poincaré - o princípio da causalidade na eletrodinâmica, graças à sua descoberta, tornou-se ainda mais relevante.
Empirismo e metafísica
A aversão dos empiristas às explicações metafísicas (como a teoria dos vórtices de Descartes) tem forte influência na ideia da importância da causalidade. Assim, a pretensão desse conceito foi minimizada (por exemplo, nas Hipóteses de Newton). De acordo com Ernst Mach, o conceito de força na segunda lei de Newton era "tautológico e redundante".
Causalidade em equações e fórmulas de cálculo
As equações simplesmente descrevem o processo de interação, sem a necessidade de interpretar um corpo como a causa do movimento de outro e prever o estado do sistema após a conclusão desse movimento. O papel do princípio da causalidade nas equações matemáticas é secundário em comparação com a física.
Dedução e nomologia
A possibilidade de uma visão de causalidade independente do tempo fundamenta a visão dedutiva-nomológica (D-N) de uma explicação científica de um evento que pode ser incorporada a uma lei científica. Na representação da abordagem D-N, diz-se que um estado físico é explicável se, aplicando uma lei (determinística), pode ser obtido a partir de determinadas condições iniciais. Tais condições iniciais podem incluir os momentos e a distância entre as estrelas, se estivermos falando, por exemplo, de astrofísica. Essa "explicação determinista" às vezes é chamada de causal.determinismo.
Determinismo
A desvantagem da visão D-N é que o princípio da causalidade e o determinismo são mais ou menos identificados. Assim, na física clássica, assumiu-se que todos os fenômenos foram causados por (ou seja, determinados por) eventos anteriores de acordo com as leis da natureza conhecidas, culminando na afirmação de Pierre-Simon Laplace de que se o estado atual do mundo fosse conhecido com precisão, seus estados futuros e passados também podem ser calculados. No entanto, esse conceito é comumente referido como determinismo de Laplace (em vez de "causalidade de Laplace") porque depende do determinismo em modelos matemáticos - tal determinismo como é representado, por exemplo, no problema matemático de Cauchy.
A confusão de causalidade e determinismo é especialmente aguda na mecânica quântica - esta ciência é acausal no sentido de que em muitos casos não pode identificar as causas de efeitos realmente observados ou prever os efeitos de causas idênticas, mas, talvez, ainda é determinado em algumas de suas interpretações - por exemplo, se a função de onda é assumida que não colapsa de fato, como na interpretação de muitos mundos, ou se seu colapso é devido a variáveis ocultas, ou simplesmente redefine o determinismo como um valor que determina probabilidades em vez de efeitos específicos.
Difícil sobre o complexo: causalidade, determinismo e o princípio da causalidade na mecânica quântica
Na física moderna, o conceito de causalidade ainda não é totalmente compreendido. Compreensãoa relatividade especial confirmou a suposição de causalidade, mas eles tornaram o significado da palavra "simultâneo" dependente do observador (no sentido em que o observador é entendido na mecânica quântica). Portanto, o princípio relativista da causalidade diz que a causa deve preceder a ação de acordo com todos os observadores inerciais. Isso equivale a dizer que uma causa e seu efeito estão separados por um intervalo de tempo, e que o efeito pertence ao futuro da causa. Se o intervalo de tempo separa dois eventos, isso significa que um sinal pode ser enviado entre eles a uma velocidade que não excede a velocidade da luz. Por outro lado, se os sinais podem viajar mais rápido que a velocidade da luz, isso violaria a causalidade porque permitiria que o sinal fosse enviado em intervalos intermediários, o que significa que, pelo menos para alguns observadores inerciais, o sinal pareceria estar se movendo para trás no tempo. Por esta razão, a relatividade especial não permite que objetos diferentes se comuniquem uns com os outros mais rápido que a velocidade da luz.
Relatividade Geral
Na relatividade geral, o princípio da causalidade é generalizado da maneira mais simples: um efeito deve pertencer ao futuro cone de luz de sua causa, mesmo que o espaço-tempo seja curvo. Novas sutilezas devem ser levadas em conta no estudo da causalidade na mecânica quântica e, em particular, na teoria relativística de campos quânticos. Na teoria quântica de campos, a causalidade está intimamente relacionada ao princípio da localidade. No entanto, o princípiolocalidade nele é contestada, uma vez que é altamente dependente da interpretação da mecânica quântica escolhida, especialmente para experimentos de emaranhamento quântico que satisfazem o teorema de Bell.
Conclusão
Apesar dessas sutilezas, a causalidade continua sendo um conceito importante e válido nas teorias físicas. Por exemplo, a noção de que os eventos podem ser ordenados em causas e efeitos é necessária para prevenir (ou pelo menos entender) paradoxos de causalidade como o "paradoxo do avô" que pergunta: "O que acontece se um viajante na hora de matar seu avô antes de já conheceu sua avó?"
Efeito Borboleta
Teorias em física, como o efeito borboleta da teoria do caos, abrem possibilidades como sistemas distribuídos de parâmetros na causalidade.
Uma maneira relacionada de interpretar o efeito borboleta é vê-lo como indicando a diferença entre a aplicação da noção de causalidade na física e o uso mais geral de causalidade. Na física clássica (newtoniana), no caso geral, apenas as condições necessárias e suficientes para a ocorrência de um evento são (explicitamente) levadas em consideração. A violação do princípio da causalidade é também uma violação das leis da física clássica. Hoje, isso só é permitido em teorias marginais.
O princípio da causalidade implica um gatilho que inicia o movimento de um objeto. Da mesma forma, uma borboleta podeconsiderado como a causa do tornado no exemplo clássico que explica a teoria do efeito borboleta.
Causalidade e gravidade quântica
Triangulação Dinâmica Causal (abreviada como CDT), inventada por Renata Loll, Jan Ambjörn e Jerzy Jurkiewicz e popularizada por Fotini Markopulo e Lee Smolin, é uma abordagem da gravidade quântica que, como a gravidade quântica em loop, é independente de fundo. Isso significa que ele não assume nenhuma arena pré-existente (espaço dimensional), mas tenta mostrar como a própria estrutura do espaço-tempo evolui gradualmente. A conferência Loops '05, organizada por muitos teóricos da gravidade quântica em loop, incluiu várias apresentações que discutiram a CDT em nível profissional. Esta conferência gerou um interesse considerável da comunidade científica.
Em grande escala, esta teoria recria o familiar espaço-tempo de 4 dimensões, mas mostra que o espaço-tempo deve ser bidimensional na escala de Planck e mostrar estrutura fractal em fatias de tempo constante. Usando uma estrutura chamada simplex, ela divide o espaço-tempo em pequenas seções triangulares. Um simplex é uma forma generalizada de um triângulo em diferentes dimensões. O simplex tridimensional é geralmente chamado de tetraedro, enquanto o quadridimensional é o principal bloco de construção dessa teoria, também conhecido como pentátopo ou pentachoron. Cada simplex é geometricamente plano, mas os simplexs podem ser "colados" de várias maneiras para criar espaços curvos. Nos casos em que anteriorestentativas de triangular espaços quânticos produziram universos mistos com muitas dimensões, ou universos mínimos com muito poucos, o CDT evita esse problema ao permitir apenas configurações onde a causa precede qualquer efeito. Em outras palavras, os intervalos de tempo de todas as arestas conectadas de simplices, de acordo com o conceito CDT, devem coincidir entre si. Assim, talvez a causalidade subjaz à geometria do espaço-tempo.
Teoria das relações de causa e efeito
Na teoria das relações de causa e efeito, a causalidade ocupa um lugar ainda mais proeminente. A base desta abordagem da gravidade quântica é o teorema de David Malament. Este teorema afirma que a estrutura do espaço-tempo causal é suficiente para restaurar sua classe conforme. Portanto, conhecer o fator conformal e a estrutura causal é suficiente para conhecer o espaço-tempo. Com base nisso, Raphael Sorkin propôs a ideia de conexões causais, que é uma abordagem fundamentalmente discreta da gravidade quântica. A estrutura causal do espaço-tempo é representada como um ponto primordial, e o fator conforme pode ser estabelecido identificando cada elemento desse ponto primordial com unidade de volume.
O que diz o princípio da causalidade na gestão
Para controle de qualidade na fabricação, na década de 1960, Kaworu Ishikawa desenvolveu um diagrama de causa e efeito conhecido como "diagrama de Ishikawa" ou "diagrama de óleo de peixe". O diagrama categoriza todas as causas possíveis em seiscategorias que são exibidas diretamente. Essas categorias são então subdivididas em subcategorias menores. O método de Ishikawa identifica as “causas” de pressão uns sobre os outros pelos diversos grupos envolvidos no processo produtivo de uma firma, empresa ou corporação. Esses grupos podem ser rotulados como categorias nos gráficos. A utilização desses diagramas agora vai além do controle de qualidade do produto, sendo utilizados em outras áreas da gestão, bem como na área de engenharia e construção. Os esquemas de Ishikawa foram criticados por não distinguirem entre as condições necessárias e suficientes para o surgimento de conflito entre os grupos envolvidos na produção. Mas parece que Ishikawa nem pensou nessas diferenças.
Determinismo como cosmovisão
A cosmovisão determinista acredita que a história do universo pode ser exaustivamente representada como uma progressão de eventos, representando uma cadeia contínua de causas e efeitos. Os deterministas radicais, por exemplo, têm certeza de que não existe "livre-arbítrio", pois tudo neste mundo, na opinião deles, está sujeito ao princípio da correspondência e da causalidade.
