Le principe de causalité (également appelé loi de cause à effet) est celui qui relie un processus (cause) à un autre processus ou état (effet), où le premier est en partie responsable du second, et le second dépend en partie de la première. C'est l'une des principales lois de la logique et de la physique. Cependant, récemment, des physiciens français et australiens ont désactivé le principe de causalité dans le système optique qu'ils ont récemment créé artificiellement.
En général, tout processus a de nombreuses causes qui en sont les facteurs causals, et toutes se situent dans son passé. Un effet, à son tour, peut être la cause de nombreux autres effets, qui se trouvent tous dans son avenir. La causalité a un lien métaphysique avec les concepts de temps et d'espace, et la violation du principe de causalité est considérée comme une grave erreur logique dans presque toutes les sciences modernes.
L'essence du concept
La causalité est une abstraction qui indique comment le monde évolue, et est donc le concept principal le plus enclin àexpliquer les différentes notions de progression. Elle est en quelque sorte liée au concept d'efficacité. Afin de comprendre le principe de causalité (en particulier en philosophie, en logique et en mathématiques), il faut avoir une bonne pensée logique et une bonne intuition. Ce concept est largement représenté en logique et en linguistique.
Causalité en philosophie
En philosophie, le principe de causalité est considéré comme l'un des principes de base. La philosophie aristotélicienne utilise le mot "cause" pour signifier "explication" ou la réponse à la question "pourquoi?", y compris les "causes" matérielles, formelles, efficaces et ultimes. Selon Aristote, la "cause" est aussi l'explication de tout. Le thème de la causalité reste central dans la philosophie contemporaine.
Relativité et mécanique quantique
Pour comprendre ce que dit le principe de causalité, vous devez vous familiariser avec les théories de la relativité d'Albert Einstein et les bases de la mécanique quantique. En physique classique, un effet ne peut pas se produire avant que sa cause immédiate n'apparaisse. Le principe de causalité, le principe de vérité, le principe de relativité sont assez étroitement liés les uns aux autres. Par exemple, dans la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, la causalité signifie qu'un effet ne peut pas se produire quelle que soit la cause qui ne se trouve pas dans le cône de lumière arrière (passé) de l'événement. De même, une cause ne peut avoir d'effet en dehors de son (futur) cône de lumière. Cette explication abstraite et longue d'Einstein, obscure pour le lecteur loin de la physique, a conduit à l'introductionprincipe de causalité en mécanique quantique. Quoi qu'il en soit, les limites d'Einstein sont cohérentes avec la croyance raisonnable (ou l'hypothèse) selon laquelle les influences causales ne peuvent pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière et/ou le passage du temps. Dans la théorie quantique des champs, les événements observés avec une dépendance spatiale doivent commuter, de sorte que l'ordre des observations ou des mesures des objets observés n'affecte pas leurs propriétés. Contrairement à la mécanique quantique, le principe de causalité de la mécanique classique a une signification complètement différente.
Deuxième loi de Newton
La causalité ne doit pas être confondue avec la deuxième loi de conservation de la quantité de mouvement de Newton, car cette confusion est une conséquence de l'homogénéité spatiale des lois physiques.
L'une des exigences du principe de causalité, valable au niveau de l'expérience humaine, est que la cause et l'effet doivent être médiatisés dans l'espace et dans le temps (exigence de contact). Cette exigence a été très importante dans le passé, principalement dans le processus d'observation directe des processus causaux (par exemple, pousser une charrette), et deuxièmement, en tant qu'aspect problématique de la théorie de la gravité de Newton (l'attraction de la Terre par le Soleil par l'action à distance), remplaçant les propositions mécanistes telles que la théorie des vortex de Descartes. Le principe de causalité est souvent considéré comme un stimulant pour le développement des théories des champs dynamiques (par exemple, l'électrodynamique de Maxwell et la théorie de la relativité générale d'Einstein) qui expliquent les questions fondamentales de la physique bien mieux quela théorie précitée de Descartes. Poursuivant le thème de la physique classique, nous pouvons rappeler la contribution de Poincaré - le principe de causalité en électrodynamique, grâce à sa découverte, est devenu encore plus pertinent.
Empirique et métaphysique
L'aversion des empiristes pour les explications métaphysiques (comme la théorie des vortex de Descartes) a une forte influence sur l'idée de l'importance de la causalité. En conséquence, la prétention de ce concept a été minimisée (par exemple, dans les hypothèses de Newton). Selon Ernst Mach, le concept de force dans la seconde loi de Newton était "tautologique et redondant".
Causalité dans les équations et les formules de calcul
Les équations décrivent simplement le processus d'interaction, sans qu'il soit nécessaire d'interpréter un corps comme la cause du mouvement d'un autre et de prédire l'état du système une fois ce mouvement terminé. Le rôle du principe de causalité dans les équations mathématiques est secondaire par rapport à la physique.
Déduction et nomologie
La possibilité d'une vision indépendante du temps de la causalité sous-tend la vision déductive-nomologique (D-N) d'une explication scientifique d'un événement qui peut être incorporée dans une loi scientifique. Dans la représentation de l'approche D-N, un état physique est dit explicable si, en appliquant une loi (déterministe), il peut être obtenu à partir de conditions initiales données. Ces conditions initiales peuvent inclure les impulsions et la distance les unes des autres des étoiles, si nous parlons, par exemple, d'astrophysique. Cette « explication déterministe » est parfois appelée causale.déterminisme.
Déterminisme
L'inconvénient de la vision D-N est que le principe de causalité et le déterminisme sont plus ou moins identifiés. Ainsi, en physique classique, on supposait que tous les phénomènes étaient causés par (c'est-à-dire déterminés par) des événements antérieurs conformément aux lois connues de la nature, aboutissant à l'affirmation de Pierre-Simon Laplace selon laquelle si l'état actuel du monde était connu avec précision, ses états futurs et passés pourraient également être calculés. Cependant, ce concept est communément appelé déterminisme de Laplace (plutôt que "causalité de Laplace") car il dépend du déterminisme dans les modèles mathématiques - un tel déterminisme tel qu'il est représenté, par exemple, dans le problème mathématique de Cauchy.
La confusion entre causalité et déterminisme est particulièrement aiguë en mécanique quantique - cette science est acausale en ce sens que dans de nombreux cas, elle ne peut pas identifier les causes des effets réellement observés ou prédire les effets de causes identiques, mais, peut-être, est toujours déterminé dans certaines de ses interprétations - par exemple, si la fonction d'onde est supposée ne pas s'effondrer réellement, comme dans l'interprétation à plusieurs mondes, ou si son effondrement est dû à des variables cachées, ou redéfinit simplement le déterminisme comme une valeur qui détermine probabilités plutôt que des effets spécifiques.
Difficile sur le complexe: causalité, déterminisme et principe de causalité en mécanique quantique
En physique moderne, le concept de causalité n'est toujours pas entièrement compris. Ententela relativité restreinte a confirmé l'hypothèse de causalité, mais elle a rendu le sens du mot "simultané" dépendant de l'observateur (au sens où l'observateur est compris en mécanique quantique). Par conséquent, le principe relativiste de causalité dit que la cause doit précéder l'action selon tous les observateurs inertiels. Cela revient à dire qu'une cause et son effet sont séparés par un intervalle de temps, et que l'effet appartient au futur de la cause. Si l'intervalle de temps sépare deux événements, cela signifie qu'un signal peut être envoyé entre eux à une vitesse ne dépassant pas la vitesse de la lumière. D'un autre côté, si les signaux peuvent voyager plus vite que la vitesse de la lumière, cela violerait la causalité car cela permettrait au signal d'être envoyé à des intervalles intermédiaires, ce qui signifie que, pour au moins certains observateurs inertiels, le signal semblerait reculer dans le temps. Pour cette raison, la relativité restreinte ne permet pas à différents objets de communiquer entre eux plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Relativité générale
En relativité générale, le principe de causalité se généralise de la manière la plus simple: un effet doit appartenir au futur cône de lumière de sa cause, même si l'espace-temps est courbe. De nouvelles subtilités doivent être prises en compte dans l'étude de la causalité en mécanique quantique et, en particulier, dans la théorie quantique relativiste des champs. Dans la théorie quantique des champs, la causalité est étroitement liée au principe de localité. Cependant, le principesa localité est contestée, car elle dépend fortement de l'interprétation de la mécanique quantique choisie, en particulier pour les expériences d'intrication quantique qui satisfont au théorème de Bell.
Conclusion
Malgré ces subtilités, la causalité reste un concept important et valable dans les théories physiques. Par exemple, la notion que les événements peuvent être ordonnés en causes et effets est nécessaire pour prévenir (ou au moins comprendre) les paradoxes de causalité tels que le « paradoxe du grand-père » qui demande: « Que se passe-t-il si un voyageur a le temps de tuer son grand-père avant qu'il a déjà rencontré sa grand-mère ?"
Effet papillon
Les théories en physique, telles que l'effet papillon de la théorie du chaos, ouvrent des possibilités telles que les systèmes distribués de paramètres de causalité.
Une façon connexe d'interpréter l'effet papillon est de le voir comme indiquant la différence entre l'application de la notion de causalité en physique et l'utilisation plus générale de la causalité. En physique classique (newtonienne), dans le cas général, seules les conditions nécessaires et suffisantes à l'occurrence d'un événement sont (explicitement) prises en compte. La violation du principe de causalité est aussi une violation des lois de la physique classique. Aujourd'hui, cela n'est permis que dans les théories marginales.
Le principe de causalité implique un déclencheur qui déclenche le mouvement d'un objet. De la même manière, un papillon peutconsidéré comme la cause de la tornade dans l'exemple classique expliquant la théorie de l'effet papillon.
Causalité et gravité quantique
Causal Dynamic Triangulation (en abrégé CDT), inventée par Renata Loll, Jan Ambjörn et Jerzy Jurkiewicz et popularisée par Fotini Markopulo et Lee Smolin, est une approche de la gravité quantique qui, comme la gravité quantique en boucle, est indépendante de l'arrière-plan. Cela signifie qu'il ne suppose aucune arène préexistante (espace dimensionnel), mais tente de montrer comment la structure de l'espace-temps elle-même évolue progressivement. La conférence Loops '05, organisée par de nombreux théoriciens de la gravitation quantique à boucle, comprenait plusieurs présentations traitant de CDT à un niveau professionnel. Cette conférence a suscité un intérêt considérable de la part de la communauté scientifique.
À grande échelle, cette théorie recrée l'espace-temps quadridimensionnel familier, mais montre que l'espace-temps doit être bidimensionnel sur l'échelle de Planck et montrer une structure fractale sur des tranches de temps constant. À l'aide d'une structure appelée simplexe, il divise l'espace-temps en minuscules sections triangulaires. Un simplexe est une forme généralisée d'un triangle de différentes dimensions. Le simplexe tridimensionnel est généralement appelé tétraèdre, tandis que le quadridimensionnel est le principal élément constitutif de cette théorie, également connu sous le nom de pentatope ou pentachoron. Chaque simplex est géométriquement plat, mais les simplex peuvent être "collés" ensemble de différentes manières pour créer des espaces courbes. Dans les cas où le précédentles tentatives de triangulation des espaces quantiques ont produit des univers mixtes avec trop de dimensions, ou des univers minimaux avec trop peu, CDT évite ce problème en n'autorisant que des configurations où la cause précède tout effet. En d'autres termes, les périodes de temps de tous les bords connectés des simplexes, selon le concept CDT, doivent coïncider les unes avec les autres. Ainsi, peut-être que la causalité sous-tend la géométrie de l'espace-temps.
Théorie des relations de cause à effet
Dans la théorie des relations de cause à effet, la causalité occupe une place encore plus importante. La base de cette approche de la gravitation quantique est le théorème de David Malament. Ce théorème énonce que la structure causale de l'espace-temps est suffisante pour restaurer sa classe conforme. Par conséquent, connaître le facteur conforme et la structure causale suffit pour connaître l'espace-temps. Sur cette base, Raphael Sorkin a proposé l'idée de connexions causales, qui est une approche fondamentalement discrète de la gravité quantique. La structure causale de l'espace-temps est représentée comme un point primordial, et le facteur conforme peut être établi en identifiant chaque élément de ce point primordial avec une unité de volume.
Ce que dit le principe de causalité en management
Pour le contrôle de la qualité dans la fabrication, dans les années 1960, Kaworu Ishikawa a développé un diagramme de cause à effet connu sous le nom de "diagramme d'Ishikawa" ou "diagramme d'huile de poisson". Le diagramme catégorise toutes les causes possibles en six principalescatégories qui s'affichent directement. Ces catégories sont ensuite subdivisées en sous-catégories plus petites. La méthode Ishikawa identifie les "causes" de la pression exercée les uns sur les autres par divers groupes impliqués dans le processus de production d'une entreprise, d'une société ou d'une société. Ces groupes peuvent ensuite être étiquetés en tant que catégories sur les graphiques. L'utilisation de ces diagrammes va maintenant au-delà du contrôle de la qualité des produits, et ils sont utilisés dans d'autres domaines de la gestion, ainsi que dans le domaine de l'ingénierie et de la construction. Les projets d'Ishikawa ont été critiqués pour ne pas avoir fait la distinction entre les conditions nécessaires et suffisantes pour qu'un conflit surgisse entre les groupes impliqués dans la production. Mais il semble qu'Ishikawa n'ait même pas pensé à ces différences.
Le déterminisme comme vision du monde
La vision du monde déterministe croit que l'histoire de l'univers peut être représentée de manière exhaustive comme une progression d'événements, représentant une chaîne continue de causes et d'effets. Les déterministes radicaux, par exemple, sont persuadés qu'il n'existe pas de "libre arbitre", puisque tout dans ce monde, à leur avis, est soumis au principe de correspondance et de causalité.
