¿Es la “causalidad” en física el equivalente a decir que el futuro es predecible basado en el presente y el pasado?

En física, la idea de que el futuro está determinado únicamente por eventos en el presente y el pasado generalmente se conoce como determinismo.

La causalidad , por otro lado, es la idea de que dada una causa conocida y un efecto conocido, la causa debe haber sucedido antes del efecto. En las teorías relativistas, esto significa que la causa está contenida en el cono de luz pasado del efecto.

Parece que todas las teorías bien probadas en física respetan la causalidad. Sin embargo, las interpretaciones más convencionales de la física cuántica ignoran el determinismo, al menos cuando se trata del colapso de la función de onda.

A2A. Hasta donde yo sé, el significado de ‘causalidad’ es bastante específico. Toma dos puntos en el espacio-tiempo A y B. Si su separación está ‘suficientemente separada’ (determinada por la velocidad a la que viaja la información, generalmente la velocidad de la luz), entonces están ‘suficientemente separados’ en cualquier marco de referencia, y un observador en B no puede tener ninguna información sobre cualquier cosa en A. Creo que la ‘causalidad’ te dice lo que no puede suceder, pero no te dice nada sobre la previsibilidad del futuro. Como dice Nicolas Smith, eso es determinismo.

La causalidad en física significa que los eventos futuros no pueden afectar el pasado (excluye cosas como la “paradoja del abuelo”). En el lenguaje de la relatividad, la causalidad significa que no hay curvas temporales cerradas, es decir, ningún objeto o señal puede llegar dos veces al mismo punto (evento) en el espacio-tiempo .Tachyons violaría la causalidad, porque si tiene una partícula más rápida que la luz, siempre puede encontrar, por una simple transformación de Lorenz, un marco de referencia en el que ese taquión parece viajar en el tiempo.

Sin embargo, la causalidad no implica la capacidad de predecir el futuro, solo significa que si la predicción del futuro es posible, todo lo que necesita saber para la predicción radica en el cono de luz pasado del evento predicho. Pero es posible que, en principio, no se pueda predecir el futuro mejor que calcular las probabilidades.

Editar: ahora que lo pienso: la causalidad parece implicar la imprevisibilidad del futuro, ¡incluso asumiendo un determinismo total! Para predecir algún evento, necesita saber todo en su cono de luz pasado. Sin embargo, si ese evento se encuentra en su futuro, entonces, por causalidad, no puede saberlo. La causalidad significa que todo lo que puede saber se encuentra en su cono de luz pasado, que es un subconjunto del cono de luz pasado del evento que está tratando de predecir. Por lo tanto, nunca puede tener toda la información necesaria para predicciones futuras. Por supuesto, en muchos casos aquellos eventos que aún no conoce, no tienen efecto en el evento que está prediciendo, pero nunca puede estar seguro …

Desde mi punto de vista, el principio de causalidad establece que una causa siempre debe preceder a un efecto. Entonces, para hablar sobre causalidad, esencialmente necesitamos dos eventos, uno de los cuales es el efecto y el otro es la causa. Y decimos que el evento “causa” debe ocurrir antes del evento “efecto” en cualquier marco de referencia (que es solo otra forma de decir que la información no puede propagarse más rápido que la velocidad de la luz). Ahora consideremos dos de estos eventos A y B donde A es el evento “Le presto a mi vecino un cuchillo de cocina”. ¿Cuáles son las posibles formas en que mi vecino puede usarlo? Por lo que sé, ¡puede rallar una manzana con él o picar vegetales o incluso puede terminar usándolo para matar a alguien! Todo es posible, hasta que tenga el evento B, que es “Usó el cuchillo para rallar cebollas”. Así que ahora puedo decir que el evento B fue causado por el evento A. Pero antes de que ocurriera el evento B, ¿pude predecir con certeza qué iba a hacer realmente con él? (Nunca le pregunté ni me dijo). Entonces, la causalidad puede existir sin previsibilidad . No es necesario saber de antemano qué va a suceder para establecer la causalidad; solo se necesitan dos eventos, su tiempo ordenado y ver si se pueden conectar.

Ahora, sobre la causalidad en QM, leí ayer un artículo, en el que el autor ha tratado de argumentar que la causalidad es algo que se inserta en la mecánica cuántica en lugar de surgir de ella (Página en els-cdn.com). Ha hablado sobre dos principios de causalidad: el fuerte y el débil. El fuerte principio afirma que un efecto debe preceder a una causa, incluso a nivel microscópico. En la mecánica cuántica esto se manifiesta al asignar un estado a un sistema basado en un evento de preparación anterior y permitir que el estado evolucione hacia adelante en el tiempo hasta que se colapse por una medida posterior. El principio débil, por otro lado, establece que un mensaje controlable no puede enviarse hacia atrás en el tiempo en ningún marco de referencia. El principio débil no requiere que se mantenga el principio fuerte. El autor ha construido dos operadores positivos definidos (probados más tarde) en su formalismo: el operador del dispositivo de preparación y el operador del dispositivo de medición y ha procedido a demostrar que la condición de causalidad débil se introduce en su formalismo a través de diferentes condiciones de normalización de estos operadores. La causalidad hace que el resultado del dispositivo de preparación sea representado por un operador positivo con traza de unidad y que el resultado del dispositivo de medición sea representado por un operador positivo que es un elemento de un conjunto cuyos elementos suman al operador de la unidad. Las condiciones de normalización aseguran que la información no pueda enviarse al pasado (el principio de causalidad débil).

PD: le solicito que revise el enlace en mi respuesta y hágame saber su opinión al respecto.

La pregunta es un poco vaga y confusa, por lo que es difícil saber qué decir. Otros han abordado los problemas de terminología (“causalidad” vs “determinismo”), así que permítanme abordar este bit:

“Dado que la predicción es el objetivo de la física y la ciencia en general, la causalidad es necesaria para que la física y la ciencia sean posibles”.

Me parece que esto tiene algo del mismo error que la apologética presuposicional, en el sentido de que dice que si alguna proposición bastante extravagante no es cierta, podríamos rendirnos, por lo que básicamente nos vemos obligados a asumir que es cierta (o dar arriba). En el caso de la AP, la propuesta extravagante es que solo Dios podría habernos creado lo suficientemente inteligente como para descubrir el mundo. El problema con eso es que, en la medida en que un Dios nos creó, creó a la mitad de nosotros con una inteligencia por debajo del promedio y no está en absoluto bien posicionada para resolver nada. Así que asumir cosas sobre Dios en realidad no ayuda, porque cualquier individuo en particular todavía tiene que hacer la pregunta: “¿Hay alguna señal de que soy el tipo de persona con algún tipo de aptitud para resolver acertijos necesaria para hacer descubrimientos científicos? ? ” Si ese individuo no tiene evidencia de competencia, en la forma de un historial de pequeños éxitos, entonces es muy recomendable que se rinda. Por el contrario, si lo hace, entonces eso es independiente de cualquier especulación sobre lo que Dios podría haber hecho.

Del mismo modo, si aspectos significativos del universo no son causales / deterministas, es una lástima, no progresaremos. Pero no lo sabremos hasta que entremos e intentemos. Y hemos entrado, y resulta que hay mucha fruta baja. Entonces, sabemos, independientemente de las especulaciones filosóficas, que el universo es (aparentemente) mucho más causal de lo que podría haber sido, y (aparentemente) no tanto como podría haber sido. Soy un tipo medio lleno de vidrio y veo eso menos como una limitación paralizante en la ciencia y más como un resultado emocionante de la ciencia.

Sí, por definición, causalidad (o determinismo) significa ser capaz de predecir el futuro a partir del pasado. Las teorías actuales de la física no son causales. En un discurso de 1950, Einstein describió el estado de causalidad en física de la siguiente manera:

Bajo la presión de la abrumadora evidencia experimental sobre los fenómenos atomísticos, casi todos los físicos de hoy están convencidos de que este marco conceptual [clásico], a pesar de su alcance aparentemente amplio, no puede ser retenido … El requisito de causalidad, que de todos modos no puede ser probado en el dominio atomista, tuvo que ser abandonado … ¿Sobrevivirá este credo para siempre? Me parece que una sonrisa es la mejor respuesta. – A. Einstein (Physics Today, junio de 2005, p. 47-48)

Einstein se refería a la Mecánica Cuántica que, como la mayoría de la gente sabe, solo se ocupa de las probabilidades (de que una partícula esté aquí o allá). La teoría cuántica de campos, con la que la mayoría de las personas no está familiarizada, es más causal ya que las intensidades de campo en cualquier momento están determinadas por las condiciones iniciales. Sin embargo, en algún momento ocurre algo que no se describe en las ecuaciones de campo. Este algo se llama colapso de campo. Para citar de mi libro (ver página en quantum-field-theory.net):

Otro aspecto molesto del colapso de campo es que, hasta donde sabemos, es un proceso aleatorio; No existe una teoría que pueda predecir cuándo o cómo sucederá. Todo lo que podemos predecir son las probabilidades. Esto, por supuesto, es preocupante para aquellos que creen en la causalidad absoluta, que establece que si el estado de un sistema se da por completo en un momento determinado, entonces se determina su estado en cualquier otro momento.
Si bien QFT no resuelve el problema de la aleatoriedad, al menos se ha resuelto. Ya no es una característica vaga relacionada con el papel del observador, como en QM (ver Apéndice C). En QFT, el observador no juega ningún papel: la aleatoriedad es una propiedad del evento conocido como colapso de campo, y solo del colapso del campo, que tiene lugar con o sin observador. E incluso si la naturaleza, al contrario de la sonrisa de esperanza de Einstein, se comporta probabilísticamente, eso no es inherentemente contradictorio o imposible de visualizar. Simplemente no es lo que esperábamos.

Para responder rápidamente a su última pregunta: “resultados prácticos”, diría:
Si los efectos (eventos en el presente) no dependieran de eventos previos dentro de su cono de luz del pasado (cono causal), no podríamos ‘ver’ nuestros propios pies.
Motivo: Nuestra mente solo puede “ver” y comprender el mundo externo a través de mensajes transmitidos por la luz, las corrientes eléctricas, los sonidos y muchas otras señales detectadas (conscientemente o no) por nuestros sentidos. Decodificar estos mensajes no sería posible sin causalidad.

No. La causalidad gobierna un solo paso, A causa B, no dice nada acerca de lo que B hace y particularmente lo que X, Y o Z podrían hacer.