Релятивистская причинность

Концепции причинности.

Характеристика релятивистской концепции причинности.

Проблемы релятивистской концепции причинности.

Вывод.

1.

Введение

.

Философия причинности имеет большую значимость, поскольку, раскрытие содержания и конкретизация понятий должны опираться на ту или иную конкретную модель взаимной связи понятий. Существует несколько моделей причинно-следственных связей, принятых классической физикой. Исторически сложилось так, что любая модель этих отношений может быть сведена к одному из двух основных типов моделей или их сочетанию.

* Модели, опирающиеся на временной подход (эволюционные модели). Здесь главное внимание акцентируется на временной стороне причинно-следственных отношений. Одно событие — «причина «- порождает другое событие — «следствие », которое во времени отстает от причины (запаздывает). Запаздывание — отличительный признак эволюционного подхода. Причина и следствие взаимообусловлены. Однако ссылка на порождение следствия причиной (генезис), хотя и законна, но привносится в определение причинно-следственной связи как бы со стороны, извне. Она фиксирует внешнюю сторону этой связи, не захватывая глубоко сущности. Эволюционный подход развивался Ф. Бэконом, Дж. Миллем и др. Крайней полярной точкой эволюционного подхода явилась позиция Юма. Юм игнорировал генезис, отрицая объективный характер причинности, и сводил причинную связь к простой регулярности событий.

* Модели, опирающиеся на понятие «взаимодействие «(структурные или диалектические модели). Главное внимание здесь уделяется взаимодействию как источнику причинно-следственных отношений. В роли причины выступает само взаимодействие. Большое внимание этому подходу уделял Кант, но наиболее четкую форму диалектический подход к причинности приобрел в работах Гегеля. Из современных советских философов этот подход развивал Г. А. Свечников, который стремился дать материалистическую трактовку одной из структурных моделей причинно-следственной связи.

Существующие и использующиеся модели различным образом вскрывают механизм причинно-следственных отношений, что приводит к разногласиям и создает основу для философских дискуссий. Острота обсуждения и полярный характер точек зрения свидетельствуют об их актуальности.

Основной из дискутируемых является проблема одновременности причины и следствия. Одновременны причина и следствие или разделены интервалом времени? Если причина и следствие одновременны, то почему причина порождает следствие, а не наоборот? Если же причина и следствие — неодновременны, может ли существовать «чистая «причина, то есть причина без следствия, которое еще не наступило, и «чистое «следствие, когда действие причины кончилось, а следствие еще продолжается? Что происходит в интервале между причиной и следствием, если они разделены во времени, и так далее?

На основе пространственно-временных представлений теории относительности возникла концепция причинности, которая рядом существенных пунктов отличается от причинности, принятой классической физикой. Новая концепция углубила понимание сущности причинности. В частности, она разрешила старый спор о том, одновременны или разновременны причина и следствие, показав, что причина всегда предшествует следствию во времени. Но вместе с тем новая концепция сама столкнулась с рядом трудностей, которые и определяют содержание проблемы причинности в теории относительности.

Проблема причинности чаще всего поднимается в связи с квантовой физикой. Ее острота в данной науке обусловлена статистическим характером квантово-механическях закономерностей. С точки зрения квантовой физики, наблюдатель на основе знания начальных условий квантового объекта, в принципе, не может однозначно определить его будущее состояние. Он может определить лишь вероятность такого состояния. Поэтому неизбежно встает задача — выяснить природу причины вероятностей, а также механизм их сочетания с объективной детерминированностью квантовых процессов.

Теория относительности является не статистической, а динамической теорией. Проблема причинности, с которой она сталкивается, совершенно иного рода. Она затрагивает не вопрос о неоднозначности связи между причиной и следствием, а пространственно — временной аспект причинности.

В теории относительности существуют различные формы проблемы причинности. Одна из них возникает в специальной теории относительности, другая — в общей.

2. Концепции причинности.

Понятие причинности многозначно. В различных отраслях знания и даже в рамках одной науки в термин «причинность» нередко вкладывается разное содержание. Иногда под причинностью понимают процесс порождения причиной следствия, иногда — влияние, которое оказывает одно явление на другое. Существует и такая трактовка, которая рассматривает причинность как возможность предсказуемости на основе знаний одних явлений — новых явлений и т. д. Нередко ведутся споры о том, какое понимание причинности является истинным. Однако поиски истинного значения причинности, если под последним подразумевается некое универсальное и единственно возможное значение, бесплодны. Основными являются трактовки причинности, основанных на двух физических теориях.

* Принцип дальнодействия. На этом принципе базируется физика Ньютона. Высказывает мнение, что причинное действие может передаваться с какой угодно большой скоростью. Отсюда следовала принципиальная возможность установить причинную связь между любыми событиями Вселенной. С принципом дальнодействия связан следующий парадокс. По «логике вещей» причина должна предшествовать следствию. Но, ввиду того, что скорость причинного действия бесконечна, причина и следствие должны быть одновременными.

* Принцип близкодействия. Этой трактовки придерживается теория относительности. Согласно этому под причинностью обычно понимают влияние, которое оказывает событие, происшедшее раньше, на событие, происшедшее позже. Скорость передачи причинного действия конечна и не может превышать скорости света в вакууме. Этот принцип устраняет упомянутый парадокс, а вместе с тем накладывает ограничение на возможность установления причинной связи между событиями. В соответствии с ним не все, а лишь некоторые события могут находиться между собой в отношении причины и следствия. То есть данное событие может оказать влияние только на те события, которые происходят позже его, и не может оказывать влияния на события, совершившиеся раньше. Вклад теории относительности в развитие представлений о причинности связан именно с таким пониманием ее сущности.

Стоит отметить, что ограничение, накладываемое теорией относительности на причинность, не является чисто негативным. Оно не только сужает область причинно связанных событий, но и приводит к переосмыслению содержания самого понятия причинности.

3. Характеристика релятивистской концепции причинности.

Для концепции причинности, разработанной на основе теории относительности, характерны следующие черты.

* Во-первых, она утверждает, что причинность есть отношение не между вещами, а между событиями. Вообще говоря, такое понимание причинности совместимо и с классической физикой. Однако здесь связь между событиями может быть заменена связью между вещами. С точки зрения теории относительности, понятие события является необходимым для формулировки принципа причинности. Именно понятие события, которое характеризуется не только местом, где оно произошло, но и временем, когда оно произошло, дает возможность поставить пространственно-временные условия причинно-следственной связи.

* Во-вторых, условие, по которому скорость причинного действия конечна и не может превышать скорости света в вакууме, приводит к следующему пониманию причинности. Причинно связанными могут быть лишь такие события, квадрат расстояния между которыми (в трехмерном пространстве) — dl2 не превышает величины c2dt2, где с — скорость света, dt — промежуток времени, разделяющий данные события. О таких событиях говорят, что они разделены временно-подобным интервалом. В пространстве Минковского указанные события располагаются вдоль временно-подобных линий. О событиях, для которых имеет место неравенство с2dt2.

* В-третьих. Существенным моментом релятивистского учения о причинности, является утверждение об ее инвариантности. Это означает следующее. Допустим, что имеются два события, А и В. Эти события располагаются на некоторой временно-подобной линии в пространстве Минковского. Если, А есть причина B в некоторой инерциальной системе отсчёта, то A является причиной B и в некоторой другой инерциальной системе отсчёта, движущейся относительно первой со скоростью меньшей скорости света. Инвариантность причинности означает что линия, являющаяся временно-подобной в одной системе отсчёта, временно-подобна и в другой.

Рассмотрение вопроса об инвариантности причинной связи позволяет выявить некоторые важные аспекты релятивистской причинности.

Может показаться, что первоначальность причины по отношению к следствию носит характер логической необходимости, вытекающей из самого определения причинности. Мы зрительно определяем причинность таким образом, что причина фигурирует как нечто, происходящее раньше следствия и оказывающее на него влияние. Но вопрос о месте причины по отношению к следствию в разных системах отсчёта носит не логический, а физический характер. Инвариантность причинной связи основана не на законах логики, а на законах физики. Она связана с физическим принципом близкодействия.

Допустим, вопреки принципу близкодействия, что в некоторой системе отсчёта событие, А причинно воздействует на В, причём скорость причинного взаимодействия превышает скорость света. Это означает, что события располагаются на некоторой, соединяющей их, пространственно-подобной линии. В таком случае найдётся система отсчёта, в которой событие В будет предшествовать А.

Представим себе следующий гипотетический случай. Из пушки, расположенной на Земле, произведен выстрел; скорость полета снаряда является сверхсветовой. В этом случае интервал между выстрелом и взрывом снаряда является пространственно-подобным. В системе Земли выстрел предшествует взрыву и является причиной последнего. Но мы могли бы найти такую систему отсчета, движущуюся относительно Земли с определенно выбранной скоростью (досветовой), наблюдатель которой зафиксировал бы, что вначале произошел взрыв, а затем выстрел. В данной системе отсчета следствие предшествовало бы причине во времени. Проиллюстрируем это на чертеже.

Пусть АР — мировая линия некоторого наблюдателя 2, движущегося относительно неподвижного наблюдателя 1 (его мировая линия — прямая АТ) со скоростью V. Это означает, что АР составляет с AT угол ?, тангенс которого равен. Согласно принципу относительности, две инерциальные системы, одна из которых покоится, а другая движется, равноправны. Поэтому мы можем принять в соответствии с принципом относительности, что наблюдатель 2 находится в состоянии покоя, а наблюдатель 1 движется относительно него. С учетом этого предположения построим прямую AN, на которой располагаются события, одновременные с событием А, когда в точке, А находится наблюдатель 2. Эта прямая также составит с осью Ах угол ?, тангенс которого равен. Посмотрим теперь каким будет временной порядок событий на пространственно-подобной линии АВ. Для наблюдателя 1 событие В происходит позднее, А на некоторый промежуток времени Т>0 (предполагается, что, А соответствует момент времени Т0=0). Для наблюдателя 2 В происходит раньше события, А (время Т'>0). Если.

А — это выстрел, а В — это взрыв, то наблюдатель, 2 зафиксирует, что В происходит раньше А.

Имеется и другая возможность нарушения инвариантности временного порядка причинно связанных событий. Пусть события, А и В являются соответственно причиной и следствием, причем скорость причинного действия VC событие В может предшествовать А. Например, снаряд пушки, расположенный на Земле, мог бы лететь с досветовой скоростью. Но наблюдатель, пролетавший на космическом корабле мимо Земли со сверхсветовой скоростью, все равно зафиксировал бы вначале взрыв снаряда, а потом выстрел.

Можно возразить, что сверхсветовые скорости — вещь невозможная. Поэтому невозможной является и неинвариантность временного порядка. На это можно ответить так.

Во-первых, если это и невозможно, то данная невозможность имеет не логический, а физический характер и связана с некоторыми особенностями физической структуры нашего мира. Допущение сверхсветовых скоростей не приводит ни к каким логическим противоречиям. Оно противоречит физическому принципу — принципу близкодействия.

Во-вторых, степень этой невозможности не следует преувеличивать. Доказательством тому служит современное развитие квантовой теории поля. Обычная квантовая теории поля принимает принцип локальности, согласно которому во взаимодействие вступают лишь поля, взятые в одной и той же точке пространства-времени. Однако таким теории сталкивается с целым рядом трудностей, для преодоления которых приходится жертвовать принципом локальности. В нелокальных теориях допускается взаимодействие нолей в разных точках пространства и времени, которые разделены пространственно-подобным интервалом. Такое взаимодействие может осуществляться лишь со сверхсветовыми скоростями. Допущение же сверхсветовых скоростей приводит к нарушению принципа причинности, точнее, требования инвариантности причинности.

4. Проблемы релятивистской концепции причинности.

Как мы уже отмечали, причинно связанные события располагаются на временно-подобных линиях. Общая теория относительности принимает это положение с той поправкой, что здесь временно-подобные линии являются линиями, соответствующими неэвклидовому пространству. В некоторых случаях геодезические линии такого пространства замкнуты. Спрашивается, могут ли быть замкнутыми временно-подобные линии, и если «да» то, что в этом случае произойдет с причинным порядком?

В большинстве пространственно-временных структур, описываемых решениями гравитационных уравнений, временно-подобные представляют собой незамкнутые линии. Например, в первой космологической модели, полученной Эйнштейном в 1917 году, пространственное сечение имело положительную кривизну, а потому все пространственно-подобные геодезические были замкнутыми. Но временно-подобные геодезические линии здесь были незамкнутыми.

Однако незамкнутость временно-подобных пространственно-временных структур, используемых общей теорией относительности, не означает, что это свойство временно-подобных линий является непреложным. Гёдель обратил внимание на исключения из этого правила. В 1949 году им была получена космологическая модель, удовлетворяющая уравнениям общей теории относительности, у которой только часть временно-подобных линий были замкнуты. В этой модели, которая является однородной, но анизотропной (модели присуще вращение), наблюдается следующее. Если на мировой линии некоторой частицы выделить точки, А и В, причем таким образом, что, А предшествует Б, то найдется другая временно-подобная, соединяющая, А и Б, на которой Б предшествует А. Таким образом, модель Гёделя всё же содержит конструкцию временно-подобных с замкнутым временным порядком.

С точки зрения теории относительности, существует корреляция между временем и причинностью. Поскольку причинное действие может распространяться только вдоль временно-подобных линий, то замкнутость последних (например, в смысле Гёделя) означает и замкнутость причинной цепи.

Насколько правомерна конструкция замкнутого причинного порядка? Сам Гёдель считал эту конструкцию логически неопровержимой. Единственно, в чем он сомневался, так это в ее практической осуществимости. Для того чтобы некоторый наблюдатель через определенное время смог вернуться к своему прошлому, он должен совершить путешествие на корабле, скорость которого не меньше. Гёдель подсчитал, что для достижения такой скорости космический корабль должен израсходовать топливо (при полной аннигиляции вещества), масса которого в (при t.