Причинность - физическая, теоретико-информационная и философская категория, в самом общем абстрактном смысле выражающая зависимость существования одних явлений (фрагментов) физической действительности от существования других явлений (её фрагментов) в прошлом. Многообразие значений, связываемых с этим термином, во многом обусловлено историческим развитием представлений о причинности [1, 2, 3, 4, 5] и определяется различным пониманием конкретного характера зависимости между явлениями физической действительности. Это многообразие можно условно упорядочить, располагая различные понимания причинности между предельно узкой и предельно широкой её трактовками.
Понятие причинности в узком смысле слова первоначально возникло в связи с практической деятельностью людей, для неё характерны три признака:
Здесь причинность понимается как однозначно определённая необходимая генетическая связь, выражающая представление о порождении одним фрагментом действительности (причиной) другого (следствия).
Бинарная связь причины и следствия образует элементарное "звено" причинной цепи событий, которая, в принципе, неограниченно может быть продолжена в будущее и прослежена в прошлом. Данную простейшую форму причинности можно назвать наглядной (или качественной), она достаточна сама по себе только на уровне познания единичных явлений и их связей друг с другом. Пока исследуются отдельные события и ставится вопрос, от чего они зависят и почему существуют, мы имеем более или менее конкретные факторы, которые вызывают, производят эти события. В этом случае причинность лишь качественно характеризует связь явлений, поэтому её называют качественной, в отличие от "причинности" в математических теориях, когда состояние системы можно определить количественно, а качественные аспекты остаются вне рассмотрения, ибо понятие качества находится вне области математики.
Причинность в широком понимании смысла термина понимается как синоним "всемирной связи" - универсального детерминизма, согласно которому существование любого фрагмента действительности детерминируется (определяется, обусловливается) другими (в пределе - всеми остальными) её фрагментами, причём не обязательно причинным образом в первом, узком смысле причинности, а, например, структурно, телеологически, функционально, статистически, системно и т. д.
Термин "детерминизм" также не имеет однозначно определенного смысла: наряду с предельно широким его толкованием он может употребляться и как синоним причинности в узком смысле ("лапласовский детерминизм"), поэтому часто понимание выражений, содержащих термины "причинность" и "детерминизм", вне достаточно обширного контекста практически невозможно.
В современном естествознании (в первую очередь в физике) сложилось понимание причинности, занимающее в некотором смысле промежуточное положение между крайними её формами. Его можно формулировать так: в развитых научных дисциплинах, достигших высокой степени использования логического аппарата и дающих открываемым закономерностям темпоральную (времязависимую) логическую формулировку, под причинностью прежде всего понимается связь состояний во времени, такая, что на основе знания предшествующего состояния системы можно предсказать её последующие состояния [5]. Данную форму причинности можно назвать теоретической или (более точно) причинностью в физике, т. к. ни в одной другой науке мы не имеем точно формулируемого понятия состояния и, соответственно, темпорально-логической причинности (Некоторые авторы считают, что связь состояний не следует рассматривать как причинную связь, однако употребление термина в данном смысле давно стало привычным [5].)
Если в данный момент времени точно известны координаты и импульсы всех частиц системы, то, согласно классической механике, однозначно определено её состояние. Все процессы сводятся к переходу системы частиц из одного состояния в другое, и наступление данного события - это переход системы в состояние с данными значениями координат и импульсов частиц. Зная характер зависимости сил взаимодействия от координат и скоростей, можно с помощью уравнений движения классической механики по состоянию системы в начальный момент времени определить однозначно её состояние в любой последующий момент. Поэтому состояние механической системы в начальный момент времени (набор её импульсов и координат) наряду с известным законом взаимодействия частиц может рассматриваться как причина, а состояние в последующий момент - как следствие. В этом суть представлений о динамической, или однозначной, причинности в классической физике - суть классического детерминизма.
Сформулированная на основе классической механики однозначная причинность характерна для динамических закономерностей любого вида. В частности, открытие Дж. К. Максвеллом (J. С. Maxwell) системы уравнений для электромагнитного поля ни в малейшей степени не изменило представлений об однозначной причинности. Как и классическая механика, теория Максвелла позволяет по точно фиксированным значениям величин (напряжённостей электрического и магнитного полей) в начальный момент времени и заданным граничным условиям однозначно найти значения этих величин в последующие моменты. Состояние системы определяют новые величины (характеристики полей вместо координат и импульсов), но в остальном всё остаётся неизменным [6].
Такая же ситуация наблюдается во всех фундаментальных теориях динамического типа, в которых состояние системы характеризуется набором тех или иных физических величин.
Уже в рамках классической физики была построена теория, хотя и не разрушившая концепцию классического детерминизма, но в значительной мере подорвавшая веру в его абсолютный характер. Речь идёт о статистической механике, размывшей понятие причинности в силу своего спекулятивно-математического характера и игнорирования категории качества.
В статистической механике состояние системы характеризуется не набором точных значений координат и импульсов всех частиц, а функцией распределения, определяющей вероятность того, что координаты и импульсы частиц системы имеют определенные значения, т. е. то, как часто в ансамбле тождественных систем встречаются различные распределения значений координат и импульсов частиц. По функции распределения в данный момент времени (при известной энергии взаимодействия) можно внутри математической теории однозначно найти вероятность появления определенных значений координат и импульсов частиц в любой последующий момент времени; они рассматриваются как случайные величины, не определяемые однозначно макроскопич. условиями (температурой, давлением, объёмом и т. д.), в которых находится система. Таким образом, в этом случае причинно связаны вероятности координат и импульсов. Это новая форма причинности - вероятностная причинность, понимание которой в основном остаётся прежним: состояние системы в данный момент как бы однозначно определяется состоянием системы в предшествующий момент, однако способ описания состояния становится новым, вероятностным, что значит - принципиально неоднозначным.
Вероятностная форма причинности характерна и для любой другой математической статистической теории, в частности для микроскопической электродинамики. Представляет интерес хаотическое поведение траекторий некоторых динамических систем в связи с исследованием турбулентности. Несмотря на то, что решения уравнений полностью определяются начальными данными, они с течением времени меняются чрезвычайно нерегулярным образом. Малые отклонения начальных условий вызывают большие изменения в поведении системы через определенное время. Для наблюдателя картина поведения траекторий системы выглядит полностью хаотичной - так называемый динамический хаос.
Отметим, что точно формулируемая количественная (теоретико-математическая) вероятностная причинность в статистических теориях не исчерпывает причинности полностью. Базовым понятием причинности является качественно-логическая причинность в том смысле, что те или иные случайные значения координат, импульсов и др. величин причинно обусловлены. Напр., причиной очередного случайного броска броуновской частицы в определ. направлении являются нескомпенсиров. удары молекул о частицу с одной стороны.
Нельзя заранее полностью исключить возможность того, что и в квантовой области качественная причинность способна объяснить детали того пли иного поведения микрообъекта. Определ. отклонение электрона при дифракции, распад частицы в данный момент и т. д. имеют свои причины. Так, в частности, взаимодействие частиц с эфиром можно рассматривать как проявление универсальной связи микрообъектов, затрудняющей возможность их полной индивидуализации. Это взаимодействие статистич. характера, возможно, и обусловливает детали поведения отд. микрообъектов.
В квантовой теории поля принцип причинности в явной форме используется в качестве активного начала при развитии теории (см. принцип причинности).
|
|
 |
