Причинности принцип. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Причинности принцип - один из наиб. общих принципов физики, устанавливающий допустимые пределы влияния физ. событий друг на друга. Принцип причинности запрещает влияние данного события на все прошедшие события ("событие-причина предшествует по времени событию-следствию", "будущее не влияет на прошлое").

Принцип причинности - эмпирия, постулат, основанный на обобщении данных эксперимента и общечеловеческой практики и подтверждающийся без каких-либо исключений в широком диапазоне масштабов от субъядерных до космологических. Физ. и методология, смысл принципа причинности тесно связан с философским понятием причинности (следственной обусловленности, детерминированности последовательности событий): если бы данное событие могло влиять не только на будущее, но и на прошлое, то возникла бы возможность образования замкнутых циклов причинно-следственной связи, т. е. возможность обратного влияния следствия на породившую его причину вплоть до полного её уничтожения и разрыва причинно-следственной связи (так, путешественник в "машине времени" мог бы уничтожить своего предка в добрачном возрасте, т. е. саму причину своего появления на свет).

Объектом приложения принципа причинности служит относящаяся к данной физической системе пара событий, причинно связанных друг с другом (а не являющихся следствиями третьего события), о которых известно, какое из них играет роль причины, а какое - следствия. При этом событием-причиной служит исходное возмущение при обязательном условии, что оно совершенно произвольно способно принимать любые наперёд заданные значения и не испытывает обратного влияния со стороны самой системы (примером может служить воздействие внешнего по отношению к системе заданного источника). Роль события-следствия играет реакция системы на такое возмущение, т. е. линейное изменение какой-либо характеристики системы; функция, осуществляющая такую линейную связь, называется функцией отклика. Например, применение принципа причинности к электродинамике материальной среды требует выбора в качестве события-причины - возмущения электрич. индукции, совпадающей с полем внешних источников, а в качестве события-следствия - соответствующего изменения напряжённости электрического поля (часто практикуемый обратный выбор неправилен, т. к. возмущение напряжённости поля включает в себя неконтролируемый вклад самой среды). Выбрав указанным способом пару причинно-связанных событий, можно переформулировать принцип причинности в виде условия исчезновения соответствующей функции отклика при отрицательных временах.

Применения принципа причинности в аппарате теоретич. физики многочисленны и разнообразны. Он служит средством выбора нач. условий к динамическим уравнениям, обеспечивая однозначность их решения. Так, при решении Максвелла уравнений принцип причинности позволяет сделать выбор между опережающими и запаздывающими потенциалами в пользу последних. В квантовой теории поля (КТП) и квантовой теории многих частиц с помощью принципа причинности устанавливаются правила обхода особенностей Грина функций, что делает однозначной технику Фейнмана диаграмм.

Наиб. содержат. следствия принципа причинности относятся к теории функций отклика физ. системы, фурье-компонента к-рых по времени зависит от частоты w, рассматриваемой как комплексная переменная. Из принципа причинности прямо следует аналитичность функций отклика как функции частоты в верх. полуплоскости

(Im

> 0). Отсюда вытекают дисперсионные соотношения для функции отклика, связывающие её дисперсионные (зависимость от частоты) и абсорбтивные (поглощение) свойства. При этом запаздывание реакции системы относительно её зозмущения приводит к соотношениям, подобным Кра-мерса - Кронига соотношениям.

Микроскопическую основу отклика физической системы составляют последоват. элементарные акты рассеяния полей, осуществляющих её возмущение, на частицах системы. Поэтому принцип причинности эффективен и применительно к самому акту рассеяния. Дисперсионные соотношения для рассеяния играют существ. роль в ядерной физике низких и высоких энергий. Особенно они важны для рассеяния сильно взаимодействующих частиц (адронов) - редкий пример точной зависимости между наблюдаемыми величинами [амплитудой упругого рассеяния вперёд и полным сечением (Оптическая теорема)], выведенной без использования к--л. модельных представлений об элементарных частицах (см. также Дисперсионных соотношений метод ). Вывод дисперсионных соотношений относится к числу наиб. ярких достижений особого аксиоматич. подхода в теории фундам. взаимодействий, испытавшего бурное развитие в 1950-60-х гг., в рамках которого принципу причинности принадлежит конструктивная роль одного из главных постулатов, лежащих в основе этого подхода (см. Аксиоматическая квантовая теория поля).

Помимо перечисленных конкретных приложений принципа причинности, в физике не раз возникало обострение интереса и к более общим проблемам, связанным с принципом причинности и понятием причинности. В период становления квантовой механики широко обсуждался вопрос, противоречит ли детерминизму вероятностное описание микроявлений. К разрешению этого вопроса привело понимание необходимости отказаться от прямолинейного детерминизма классич. механики при рассмотрении статистич. закономерностей микромира. Переход к адекватному описанию последних на языке волновых функций приводит к тому, что и в квантовой механике нач. состояние системы полностью определяет (при заданных взаимодействиях) всю последующую её эволюцию.

Литература по принципу причинности

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.