نهاية اسطورة الحجة السببية

 لطالما كانت السببية فكرة غير محددة ومثيرة للجدل في الفيزياء، ربما بسبب اقحامها في مجموعة واسعة من العلوم غير المتجانسة، كالفلسفة، واللاهوت والاقتصاد والقانون. اما في فيزياء وخاصاً فيزياء الكم فالسببية تصبح نسبية احتمالية، وقد تم نقذ السببية بشكل مستفيض في الفيزياء، مثل الكتاب الأخير (٨) ل شون كارول  Sean M. Carroll، حيث ينتقد في الصفحة ٦٢ مفهوم السببية في الفيزياء:

 لقد اوضحنا كيف أن مبدأ لابلاس Laplace   الذي ينص ان اذا كان حاله جسم ( مكانه وزخمه ) معروفة بدقة، فيمكن حسابها في اي وقت سواء في المستقبل او الماضي (انظر شيطان لابلاس ). هذا يقوض الدور المركزي لاستدامة المعلومات الذي وضعه أرسطو في تعريف السببية حيث يقول: لا نعتقد أنّ لدينا معرفة بشيء ما إلّا حين ندرك سببا له

 

 وكذلك لا تظهر مفاهيم مثل "السبب" في معادلات نيوتن، ولا في التركيبة الأكثر حداثة لقوانين الطبيعة. ولكن لا يمكننا أن ننكر أن فكرة أن حدث ما سببه حدث آخر هي فكرة طبيعية جدا، وعلى ما يبدو مناسبة جيدة لكيفية تجربتنا كبشر للعالم.

 

واضاف كارول في الصفحة التالية المقطع الشهير لبرتراند راسل [٩] أن حجة  السببية، مثلها في ذلك كمثل الكثير من الحجج الفلسفية و الكلامية، من بقايا عصور قديمة، ما تزال موجودة، مثل النظام الملكي، باقية فقط لأنها لا تضر.

 

ويسعى كارول إلى إقناع الناس العاديين بأن السببية، على الرغم من إستخدامها في أي لحظة من حياتنا اليومية، ليست قانونا من قوانين الطبيعة، بل مجرد فكرة عملية، وقد عفا عليها الزمن كأداة نظرية. على نفس المنوال، مقال ج. د. نورتن [١٠]، الذي عنونها ب "السببية كعلم العامة غير متخصصة  Causation as folk science "   افتراض العلاقات السببية ونتائجها هي وسيلة بدائية جدا للتفكير في العلم؛ بيد أنه لا يتفق مع قانون أو مبدأ دقيق في الفيزياء على المستوى الأساسي (انظر أيضا [١١]). وهذا واضح في الأسطر التالية من  كتاب نورتن   J.D. Norton [١٠]

 مفاهيم السبب والنتيجة ليست المفاهيم الأساسية لعلمنا وأن العلم لا يحكمه مبدأ السببية.

 

تفقد السببية اهميتها على مستوى كمي بل حتى في ميكانيكا الكلاسيكية كمعادلات الكهروديناميك و علاقة كراميرس-كرونيج  Kramers–Kronig Relations  مع اننا نستعمل السببية في تفسير نظرية النسبية الخاصة، مع تحفظ على استعمال مصطلح "التزامن" السببي الذي هو نسبي للمراقب.

وتجدر الإشارة إلى أن إنكار وجود مبدأ العلاقة السببية له دوافعه المتجدرة في ميكانيكا الكلاسيكية، كما يتضح من اقتباس كارول أعلاه. كما هو موضح في كتابه [٨]، السبب وراء تهميش مبداء السببية  في الفيزياء الكلاسيكية هو تناظر الزمن العكسي لقوانين نيوتن وماكسويل..

مثالا على ذلك في قوانين نيوتن، فلو استبدلتَ بالقيمة الموجبة للزمن قيمةً سالبةً؛ فإنك ستحصل على قوانين الحركة نفسها دون تغيير، كما لو كان الزمن يمشي بالاتجاه الموجب.

 

 هل تنهي ميكانيكا كم الواقعية و السببية و الحتمية

 

في الواقع ميكانيكا الكم تسقط الحتمية، وتقوض السببية وتحصرها في اطار افتراضي محلية  local causality، ومع ان الحتمية مفهوم مستقل عن سببية الا انه يصعب فصلهم في تجارب الحياتية، وقد تم اعتبارهم مفهومين متلازمين، حيث يطلق عليهم مصطلح السببية الحتمية. ومن بين الأمثلة على هذا التحديد الاقتباس من الأب المؤسس لنظرية الكم، ماكس بلانك:

 

حدث ما يتم تحديده على نحو سببي إذا كان يمكن التنبؤ به بشكل حتمي (١٨(

An event is causally determined if it can be predicted with certainty [18]

 

        قاد الجدال بين اينشتاين ونيلز بور حول تشابك الكمي بين   جسيمات الى اثبات نظرية بور بان الواقع غير موجود حتى في غياب المراقب وان الواقع عبارة عن تراكب لكل الاحتمالات في نفس الوقت (التراكب الكمي). عكس ادعاءات اينشتاين بان هناك واقع موضوعي بغض نظر عن مراقب وعوامل خفية .. او ما اسماه التاثير الشبحي في ما يعرف بمعاضلة EPR paradox.

 

وتشابك الكمي الذي تم اثباته على يد عالم الفرنسي الاين اسبيكت  Alain Aspect   في ثمانينيات وبعده تم اثباته مرارة وتكرارة. عند ما انتهك متساويات بيل  Bell Inqualities   وبتالي اثبت عدم وجود متغيرات خفية محلية التي تنباء بها اينشتاين وهذا ياكد انتهاك مبدا المحلية وحتى السببية لان تاثير التشابكي قد يسير للوراء زمنيا اي يمكن ان يكون تاثير في ماضي والمستقبل في نفس الوقت.

 لقد قادنا ظهور ميكانيكا الكم إلى التفكير في العلاقات السببية باعتبارها إحتمالات عامة تاتي من افتراضات وليست واقع موضوعي قائمة بذاتها  ، (كما هو الحال في كل العلوم الانسانية). وعلى الرغم من أن العديد من الابحاث قد نظروا بالفعل في سياق الاحتمالي للسببية المادية [١ ٣ ١٩]، فإن الصياغة الرياضية الدقيقة للسببية لم تظهر إلا مؤخرا في اطار نظرية الاحتمالية التشغيلية    Operational Probabilistic Theories (OPT) [١٣] (انظر الفقرة ٢). وتشمل هذه الصياغة جميع الحالات الممكنة للمفهوم، وهي تتطابق مع وضع ترتيب جزئي بين الأحداث، مما يتطلب وصفا للشبكة الاسباب وعلاقاتها المتبادلة ، وهو جزء لا يتجزأ من الإطار التشغيلي. إن صياغة نظرية الاحتمالية التشغيلية  (OPT)  متوافقة تماما مع المفهوم الفلسفي التاريخي للسببية منذ ديفيد هيوم، إلى جانب إستخدامتها في التفكير والاستدلالات النموذجي في العلوم  

كما يمكننا أن نقدر أن السببية، بصيغة (OPT)   ، بوصفها عنصرا من عناصر نهج الاستدلال المنطقي الاحتمالي، وهذه الحقيقة البسيطة تغلق جميع المناقشات حول اعتبار السبب_ونتائجه "موضوعية" بحد ذاتها بعيدا عن سهم الزمن والارتباطات المكانية ، كما في تحليل فيل دوي  Phil Dowe [ ] ومحاولات ويزلي سالمون [١،٢]. حتى أن نفس معاضلة استقراء هومر  Hume’s Induction    تتوافق مع فكرة السببية الغير موضوعية، وتاكد ان السببية هي مكون نظري بحت، ولكونها إحتمالية، فإنها تعتمد على افتراضات مسبقة. [٤]

انعكاس العليا او السببية 

إن جوانب الفيزياء الحديثة، مثل جسيم تاكيون الافتراضي  Tachyon Particle. واستقلال الزمن (خرق تناظر الزمان الكمي) T-symmetry،  قد تسمح للجسيمات أو المعلومات بالرجوع إلى الوراء في الزمن. الاعتراضات المنطقية على السفر في الوقت الكلي قد لا تحول بالضرورة دون حدوث الانعكاس ( حدوث سبب قبل النتيجة) على مقاييس الكمية. وحتى إذا كانت هذه التأثيرات ممكنة، فإنها قد لا تكون قادرة على إنتاج آثار مختلفة عن تلك التي كانت ستنتج عن علاقات سببية عادية. 

في فيزياء الكم ترتبط المعكوسية السببية بما يعرف بثنائية- الحالة المتجهة  the two-state vector formalism وهي امكانية ان يتصف الحاضر بحالات كمية للماضي والمستقبل مجتمعين، نظرية ويلر-فاينمان للامتصاص، تعتمد على الانعكاسية  وتشكل المؤقت للموجات المتداخلة في تفسير غياب نوع من الموجة المتراصة التي يقترحها بعض الحلول لمعادلات ماكسويل. وكذلك اصبح سريان الزمان للخلف مقبول في تفسير العديد من الظواهر مثل ظهور واختفاء الاجسام المتضادة وفناءها المتبادل لبعضها البعض بحسب  يويتشيرو نامبو حيث يعتبران فكرة الخلق او فناء جسيم ما هي مجرد تغيير إتجاه حركة الجسيم، من الماضي إلى المستقبل، أو من المستقبل إلى الماضي.

ترتبط الانعكاسية السببية Retrocausality أحيانا بالعلاقات المتبادلة غير المحلية التي تنشأ عموما من التشابك الكمي، بما في ذلك على سبيل المثال تجارب الاختيار_المتاخر للممحاة الكمومية delayed choice quantum eraser . هذه التجربة تثير تساؤلات عن الزمن وتتابعات الوقت، وبذلك تصبح الأفكار المعتادة عن الوقت والتسلسل السببي موضع شك كبير. حيث يظهر التاثير( النتيجة) قبل السبب وسوف يتشكل نمط تداخل باثر رجعي 0D حتى إذا كانت بيانات المسار المرتبطة بالفوتونات التي تتكون منها يتم محوها في وقت لاحق فقط من  اكتشاف اشارات الفوتونات التي تصل إلى الكاشف الأساسي

دحض السببية بالتجربة

هناك العديد من التجارب الكمية التي اثبتت وهم السببية وان السببية مجرد فكرة مبسطة كانت تستعمل لتفسير الظواهر الكلية. يمكن تصميم تجربة تبين وهم السببية ببساطة عن طريق بناء سلسلة تعاقبية من قياسات الكم، مثل تجربة ستيرن - جيرلاخ   Stern–Gerlach   هذه التجربة تاكد انه يستحيل تحديد اي من الحدثين قد تسبب في حدوث الاخر.  حتى يتم تدمير التراكب الكمي بقياس مراقب.  تجربة اخرى من تجارب علم الكم، تنتهك السببية وخاصة ما يعرف بسببية الثنائية_ المحلية  .. والتي تسمى تجربة بيل Bell للمزيد عن هذه التجربة ( انظر للورقة البحثية التي اثبتت التجربة ) المنشورة في مجلة مراجعة الاقران العريقة Nature Communications. بنقرر هنا 

المراجع العلمية

1. Salmon W. 1998. Causality and explanation. Oxford Scholarship online New York, NY: Oxford University Press. [Google Scholar]

2. Sosa E. 1993. Causation. New York, NY: Oxford University Press. [Google Scholar]

3. Dowe P. 2007. Physical causation. Cambridge Studies in Probability, Induction and Decision Theory Cambridge, UK: Cambridge University Press. [Google Scholar]

4. Bunge M. 1979. Causality and modern science. New York, NY: Dover Publications. [Google Scholar]

5. Leung SK. 2002. Causation and causality. London, UK: Empiricus Books. [Google Scholar]

6. Cartwright N. 2007. Hunting causes and using them: approaches in philosophy and economics. Cambridge, UK: Cambridge University Press. [Google Scholar]

7. Harriman D. 2010. The logical leap: induction in physics. New York, NY: New American Library. [Google Scholar]

8. Carroll S. 2016. The big picture: on the origins of life, meaning, and the universe itself. London, UK: Oneworld Publications. [Google Scholar]

9. Russell B. 1912. On the notion of cause. Proc. Aristotelian Soc. 13, 1–26. (10.1093/aristotelian/13.1.1) [CrossRef] [Google Scholar]

10. Norton JD. 2007. Causation as folk science. In Physics, and the constitution of reality: Russell’s republic revisited (eds H Price, R Corry), pp. 11–22. Oxford, UK: Oxford University Press. [Google Scholar]

11. Norton JD. 2007. Do the causal principles of modern physics contradict causal anti-fundamentalism? In Thinking about causes: from Greek philosophy to modern physics (eds P Machamer, G Wolters), pp. 222–234. Pittsburgh, PA: University of Pittsburgh Press.

12. Hardy L.2001. Quantum theory from five reasonable axioms. (https://arxiv.org/abs/quant-ph/0101012. )

13. Chiribella G, D’Ariano GM, Perinotti P. 2010. Probabilistic theories with purification. Phys. Rev. A 81, 062348 (10.1103/PhysRevA.81.062348) [CrossRef] [Google Scholar]

14. Chiribella G, D’Ariano GM, Perinotti P. 2011. Informational derivation of quantum theory. Phys. Rev. A 84, 012311 (10.1103/PhysRevA.84.012311) [CrossRef] [Google Scholar]

15. D’Ariano GM, Chiribella G, Perinotti P. 2017. Quantum theory from first principles. Cambridge, UK: Cambridge University Press. [Google Scholar]

16. Hardy L.2011. Reformulating and reconstructing quantum theory. (https://arxiv.org/abs/1104.2066. )

17. D’Ariano GM, Manessi F, Perinotti P. 2014. Determinism without causality. Phys. Scr. T163, 014013 (10.1088/0031-8949/2014/T163/014013) [CrossRef] [Google Scholar]

18. Planck M. 1941. Der Kausalbegriff in der Physik. Stuttgart, Germany: S. Hirzel. [Google Scholar]

19. Pearl J. 2012. Causality: models, reasoning, and inference. Cambridge, UK: Cambridge University Press. [Google Scholar]

20. Popper KR. 1959. The logic of scientific discovery. London, UK: Routledge. [Google Scholar]

21. Chiribella G, D’Ariano GM, Perinotti P, Valiron B. 2013. Quantum computations without definite causal structure. Phys. Rev. A 88, 022318 (10.1103/PhysRevA.88.022318) [CrossRef] [Google Scholar]

22. Oreshkov O, Costa F, Brukner C. 2012. Quantum correlations with no causal order. Nat. Commun. 3, 1092. (10.1038/ncomms2076) [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

23. Brukner C. 2014. Quantum causality. Nat. Phys. 10, 259–263. (10.1038/nphys2930) [CrossRef] [Google Scholar]

24. Brukner C.2014. Bounding quantum correlations with indefinite causal order. (https://arxiv.org/abs/1404.0721. )

25. Baumeler Ä, Wolf S. 2016. Device-independent test of causal order and relations to fixed-points. New J. Phys. 18, 035014 (10.1088/1367-2630/18/3/035014) [CrossRef] [Google Scholar]

26. Procopio LM. et al. 2015. Experimental superposition of orders of quantum gates. Nat. Commun. 6, 7913 (10.1038/ncomms8913) [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

27. Rambo T, Altepeter J, Kumar P, D’Ariano GM. 2016. Functional quantum computing: an optical approach. Phys. Rev. A 93, 052321 (10.1103/PhysRevA.93.052321) [CrossRef] [Google Scholar]

28. Isaacson W. 2007. Einstein: his life and universe. New York, NY: Simon and Schuster. [Google Scholar]

29. D’Ariano GM. 2010. Probabilistic theories: what is special about quantum mechanics? In Philosophy of quantum information and entanglement (eds A Bokulich, G Jaeger), ch. 5, pp. 85–126. Cambridge, UK: Cambridge University Press.

30. D’Ariano GM. 2007. Operational axioms for C∗-algebra representation of transformations. AIP Conf. Proc. 962, 44–55. (10.1063/1.2827336) [CrossRef] [Google Scholar]