السببية (في الفيزياء)

في الفيزياء، تتطلب السببية أن يكون سبب الحدث ضمن نطاق تأثيره في الماضي ، وأن يكون قابلاً للاختزال في نهاية المطاف إلى التفاعلات الأساسية . وبالمثل، لا يمكن للسبب أن يكون له تأثير خارج نطاق تأثيره في المستقبل. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يمكن تعريف السببية على المستوى العياني، أي على مستوى المراقبين البشريين، أو على المستوى المجهري، أي للأحداث الأساسية على المستوى الذري. يمنع مبدأ السببية القوية انتقال المعلومات بسرعة تفوق سرعة الضوء ؛ بينما يعمل مبدأ السببية الضعيفة على المستوى المجهري ولا يؤدي بالضرورة إلى انتقال المعلومات. يمكن للنماذج الفيزيائية أن تخضع للمبدأ الضعيف دون أن تخضع للمبدأ القوي. ^{[ 3 ] [ 4 ]} في الصياغة الجبرية لنظرية الحقل الكمومي ، تُعتبر السببية المجهرية بديهية، مصاغة تقنيًا ولكنها مكافئة لفكرة أن قياسين في مكانين مختلفين في الوقت نفسه لا يمكن أن يؤثر أحدهما على الآخر. ^{[ 5 ] : 250}

في الفيزياء الكلاسيكية، لا يمكن أن يحدث تأثير قبل سببه، ولذلك تُستبعد حلول مثل حلول الزمن المتقدم لجهد ليينارد-فيشرت لكونها عديمة المعنى الفيزيائي. في كلتا نظريتي أينشتاين، النسبية الخاصة والعامة، تعني السببية أن التأثير لا يمكن أن ينشأ من سبب يقع خارج مخروط الضوء الخلفي (الماضي) لذلك الحدث. وبالمثل، لا يمكن أن يكون للسبب تأثير خارج مخروط الضوء الأمامي (المستقبلي). تتوافق هذه القيود مع شرط أن الكتلة والطاقة اللتين تعملان كمؤثرات سببية لا يمكنهما السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء و /أو عكس الزمن.

من متطلبات السببية الأخرى أن يكون السبب والنتيجة متوسطين عبر المكان والزمان (شرط التجاور ). وقد كان لهذا الشرط تأثير كبير في الماضي، أولًا نتيجة للملاحظة المباشرة للعمليات السببية (مثل دفع عربة)، وثانيًا كجانب إشكالي في نظرية نيوتن للجاذبية (جذب الشمس للأرض عن طريق التأثير عن بُعد ) ليحل محل المقترحات الميكانيكية مثل نظرية الدوامات لديكارت ، وثالثًا كحافز لتطوير نظريات المجال الديناميكي (مثل الديناميكا الكهربائية لماكسويل ونظرية النسبية العامة لأينشتاين ) التي أعادت التجاور في انتقال التأثيرات بطريقة أكثر نجاحًا من نظرية ديكارت. ^{[ 6 ]}

في الفيزياء الحديثة ، كان لا بد من توضيح مفهوم السببية. فكلمة " متزامن" في النسبية الخاصة تعتمد على الراصد . ^{[ 7 ]} ويُعرف هذا المبدأ بنسبية التزامن . وبناءً على ذلك، ينص مبدأ السببية النسبي على أن السبب يجب أن يسبق أثره وفقًا لجميع الراصدين العطاليين . وهذا يُعادل القول بأن السبب وأثره يفصل بينهما فاصل زمني ، وأن الأثر يقع في مستقبل السبب. إذا كان الفاصل الزمني يفصل بين الحدثين، فهذا يعني إمكانية إرسال إشارة بينهما بسرعة أقل من سرعة الضوء. من ناحية أخرى، إذا كانت الإشارات قادرة على الانتقال بسرعة أكبر من سرعة الضوء، فإن ذلك سيُخالف مبدأ السببية، لأنه سيسمح بإرسال إشارة عبر فواصل مكانية ، مما يعني أن الإشارة، على الأقل بالنسبة لبعض الراصدين العطاليين، ستسافر إلى الماضي . لهذا السبب، لا تسمح النسبية الخاصة بالاتصال بسرعة تتجاوز سرعة الضوء .

في نظرية النسبية العامة ، يُعمَّم مفهوم السببية بأبسط صورة: يجب أن ينتمي التأثير إلى مخروط الضوء المستقبلي لسببه، حتى لو كان الزمكان منحنيًا. يجب مراعاة تفاصيل دقيقة جديدة عند دراسة السببية في ميكانيكا الكم ، ونظرية الحقل الكمومي النسبية على وجه الخصوص. في هاتين النظريتين، ترتبط السببية ارتباطًا وثيقًا بمبدأ الموضعية . تُظهر نظرية بيل أن شروط "السببية الموضعية" في التجارب التي تتضمن التشابك الكمومي تُؤدي إلى ارتباطات غير كلاسيكية تتنبأ بها ميكانيكا الكم.

على الرغم من هذه الدقائق، تبقى السببية مفهومًا مهمًا وصحيحًا في النظريات الفيزيائية. فعلى سبيل المثال، يُعدّ مفهوم إمكانية ترتيب الأحداث في أسباب ونتائج ضروريًا لتجنب (أو على الأقل تحديد) مفارقات السببية ، مثل مفارقة الجد ، التي تتساءل عما يحدث إذا قتل مسافر عبر الزمن جده قبل أن يلتقي بجدته. انظر أيضًا: فرضية حماية التسلسل الزمني .

تفتح نظريات في الفيزياء، مثل تأثير الفراشة في نظرية الفوضى، المجال أمام إمكانية وجود نوع من أنظمة المعاملات الموزعة في السببية. وتقترح نظرية تأثير الفراشة ما يلي:

"قد تؤدي الاختلافات الطفيفة في الحالة الأولية لنظام ديناميكي غير خطي إلى اختلافات كبيرة في السلوك طويل المدى للنظام."

وهذا يتيح الفرصة لفهم السببية الموزعة.

ثمة طريقة أخرى لتفسير تأثير الفراشة، وهي اعتباره إبرازًا للاختلاف بين تطبيق مفهوم السببية في الفيزياء واستخدامه بشكل أعمّ كما تمثله شروط ماكي INUS . في الفيزياء الكلاسيكية (النيوتونية)، تُؤخذ في الحسبان عمومًا الشروط الضرورية والكافية فقط. على سبيل المثال، عندما تتدحرج كرة ضخمة أسفل منحدر انطلاقًا من نقطة توازن غير مستقر ، يُفترض أن سرعتها ناتجة عن قوة الجاذبية التي تُسرّعها؛ أما الدفعة الصغيرة اللازمة لتحريكها فلا تُعتبر سببًا صريحًا. ولكي يكون السبب فيزيائيًا، يجب أن يكون هناك تناسب معين مع النتيجة المترتبة. ويُفرّق هنا بين تحفيز حركة الكرة والتسبب فيها. وبالمثل، يمكن اعتبار الفراشة مُحفّزة للإعصار، إذ يُفترض أن سببه يكمن في طاقات الغلاف الجوي الموجودة مسبقًا، وليس في حركات الفراشة نفسها.

في نظرية المجموعات السببية، تحتل السببية مكانةً أكثر بروزًا. ويستند هذا النهج في دراسة الجاذبية الكمومية إلى نظرية ديفيد مالامنت . تنص هذه النظرية على أن البنية السببية للزمكان تكفي لإعادة بناء فئته المطابقة ، وبالتالي فإن معرفة العامل المطابق والبنية السببية كافية لفهم الزمكان. بناءً على ذلك، اقترح رافائيل سوركين فكرة نظرية المجموعات السببية، وهي نهج منفصل جوهريًا لدراسة الجاذبية الكمومية. تُمثَّل البنية السببية للزمكان بمجموعة مرتبة جزئيًا ، بينما يمكن إعادة بناء العامل المطابق بتحديد كل عنصر من عناصر المجموعة المرتبة جزئيًا بحجم وحدة.

• بوم، ديفيد. (2005). السببية والصدفة في الفيزياء الحديثة . لندن: تايلور وفرانسيس.
• اسبينوزا ميغيل (2006). نظرية الحتمية السببية . باريس: لارماتان. رقم ISBN 2-296-01198-5.

• العمليات السببية، موسوعة ستانفورد للفلسفة
• درس تعليمي من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا حول النسبية - مناقشة رائعة حول كيفية رؤية المراقبين الذين يتحركون بالنسبة لبعضهم البعض لشرائح زمنية مختلفة.
• إشارات أسرع من سرعة الضوء، والنسبية الخاصة، والسببية . توضح هذه المقالة أن الإشارات الأسرع من سرعة الضوء لا تؤدي بالضرورة إلى انتهاك مبدأ السببية.