السببية في الفيزياء: مبدأها ودورها في البحث العلمي

السببية في الفيزياء: مبدأها ودورها في البحث العلمي
السببية في الفيزياء: مبدأها ودورها في البحث العلمي

مبدأ السببية في الفيزياء

ما مفهوم السببية؟ وما أهم مبادئها؟ يتأثر كل حدث بحدث آخر؛ وهذا هو المبدأ الأساسي لأي محيط ديناميكي يحتوي على أشياء متغيرة، بينما تعرف السببية (بالإنجليزية The Causality) بأنها دراسة لكيفية تأثير الأشياء على بعضها البعض، وكيف تؤدي الأسباب المختلفة إلى حدوث تلك التأثيرات، وينطوي مبدأ السببية على عدة فرضيات أو قواعد كما يلي:[١]

  • القاعدة الأولى: تتمثل القاعدة الأولى للسببية الكلاسيكية في أن كل الأشياء والأحداث لها مسببات، بمعنى أن الأمور لا تحدث من تلقاء نفسها فمثلاً؛ إذا تحركت كرة ما، فالاحتمال الغالب هو أن أحدهم ركلها (السبب)، وإذا سقطت تفاحة من الشجرة، فذلك لأن وزنها أصبح أكبر من أن يتحمله الفرع الذي كانت تتدلى منه (السبب).
  • القاعدة الثانية: تتبع التأثيرات أو النتائج الأسباب بطريقة خطية يمكن التنبؤ بها؛ فمثلاً بالعودة إلى مثال الكرة، يركل الشخص الكرة بساقه، فتتلامس ساقه مع الكرة، ثم تتحرك الكرة بعيدًا، فالأمور تحدث بهذا الترتيب دونًا عن غيره.
  • القاعدة الثالثة: تنشأ التأثيرات الكبيرة من أسباب صغيرة، ومثال على ذلك المكبس الحراري الذي يتحرك عندما تصطدم به الكثير من الذرات الفردية الساخنة المجتمعة مع بعضها البعض، والتي تدفع قابض المكبس بدورها بطريقة معينة.


ويقدم العلم الحديث عددًا من الانتقادات لهذه الفرضيات، فقد عارضت نظريات آينشتاين الخاصة والعامة عن النسبية فكرة خط زمني واحد يمكن من خلاله ربط الأسباب والتأثيرات، وتبعًا للنسبية فإن الوقت قابل للتشوه بسبب وجود كتل كبيرة في الكون أو عند السفر بسرعة عالية، وأن الوقت يمر بمعدلات مختلفة للمراقبين المختلفين. ومع ذلك؛ فإن النسبية تأخذ خطوة للوراء للحفاظ على تصور معقول للسبب والنتيجة بمنظورها الكلاسيكي، والحديث هنا عن سرعة الضوء التي تصر النسبية على أنها ثابتة وأنها تمثل السرعة القصوى التي يمكن أن ينتقل بها أي تأثير في الكون.[١]


وفي ظل هذا الافتراض؛ فإن الأشياء الوحيدة التي يمكن أن تؤثر على حالة الجسم أو الكائن (السبب) تكمن في "مخروط الضوء الخلفي" وهي منطقة الزمكان* التي كان للضوء الوقت الكافي للانتقال منها باتجاه الجسم، وبالمثل، فإن الأشياء الوحيدة التي يمكن أن يؤثر عليها الجسم (تحول الحدث إلى سبب) تكمن في "مخروط الضوء الأمامي" المتمثل بمنطقة الزمكان التي سوف يصلها الضوء، وللتوضيح إذا انفجرت الشمس فجأة، فلن يحدث تأثير فوري لذلك الحدث على الأرض، لذا سيبقى الوضع على الأرض كما هو لأنها تبعد عن الشمس ما يزيد قليلاً عن ثماني دقائق ضوئية، وهو الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر من الشمس، ولن يحدث أي تأثير على الكرة الأرضية قبل مرور هذه المدة من الانفجار.[١]


يقوم مبدأ السببية في الفيزياء على ثلاث قواعد أساسية أولاها؛ أن كل الأحداث لها مسببات، أي أن الأمور لا تحدث من تلقاء نفسها، أما القاعدة الثانية فتنص على أن النتائج تتبع الأسباب بطريقة خطية ويمكن التنبؤ بها، أما القاعدة الثالثة فتوضح أن الأمور الكبيرة تحدث نتيجة أسباب بسيطة، وقد عارض الكثير من العلماء مبدأ السببية، وانتقدها العلم نتيجة معارضتها فكرة وجود خط زمني واحد.


ما دور السببية في البحث العلمي؟

إن الشرط الأساسي الكامن وراء أبعاد اكتمال البحث العلمي هو الإيمان الراسخ بالحتمية السببية للظواهر الطبيعية، وبالتالي فإن مهمة العالم هي السعي لتحديد أسباب الظواهر، أي أن البحث العلمي قائم على السببية في اكتشاف العلاقات المتبادلة بين السبب والنتيجة، وقد يرى البعض بأن البحث العلمي هو التطبيق العملي لمبدأ السببية على أساس الملاحظة، والتحليل الاستنتاجي أو الاستقرائي، والتجربة، وتشكيل الفرضيات، وصياغة النظريات والنماذج.[٢]


أمثلة على السببية في الفيزياء

يعد سهم الزمن أو النظرية التي تنص على أن الوقت يتحرك دائمًا في اتجاه واحد من الماضي إلى المستقبل أحد الأمثلة على السببية في الفيزياء، وهذا يعني أن الأحداث في المستقبل لا يمكن أن تسبب تغييرًا في الأحداث التي جرت في الماضي، لكن هذا المبدأ قد لا يكون واضحًا في لبّه دائمًا كما يبدو، فعلى سبيل المثال أن من المنطقي عادةً القول أن البيضة تسبق في وجودها الدجاجة، وبالتالي قد تكون حجة منطقية أن البيضة قد جاءت قبل الدجاجة، لكن هذا المبدأ يثير التساؤل التالي؛ من أين جاءت البيضة التي جاءت منها الدجاجة؟، ومن هنا ظهرت الخلافات بين العلماء حول حقيقة وجود مبدأ السببية وتطبيقه على جميع الأحداث في الكون.[٣]


ما العلاقة بين السببية وميكانيكا الكم؟

لتوضيح مبدأ السببية أولًا؛ يفرض وجود صف من قطع الدومينو المصفوفة جنباً إلى جنب بدقة، ثم نقر شخص بإصبعه على قطعة الدومينو الأولى لإسقاطها، وبديهيًا سوف تسقط قطعة الدومينو هذه وتصطدم بالقطعة التي بجوارها، والتي سوف تسقط على غيرها بنفس الطريقة، لتطرح ما يليها من قطع دومينو أرضًا واحدة تلو الأخرى، ويخلق هذا الحدث تأثيرًا موجياً يستمر حتى تسقط جميع قطع الدومينو، وتوضح قطع الدومينو المتساقطة مفهوم السببية، إذ يقع الحدث (ب) (وهو حدث سقوط قطعة الدومينو الأخيرة) بسبب الحدث (أ) (وهو حدث سقوط قطعة الدومينو الأولى)، ولا يحدث الحدث (ب) إلا في حال حدوث الحدث (أ)، ويكون حدوث الحدث (أ) مستقلاً عن حدوث الحدث (ب) تمامًا.[٤][٥]


لكن هذا التسلسل السببي البسيط الذي يمكن تطبيقه في مبادئ الحياة اليومية يمكن أن ينهار في عالم الكم، فقد كشفت الأبحاث الحديثة أن العلاقات السببية يمكن وضعها في حالات التراكب الكمي، والتي فيها يمكن أن يؤثر الحدث (أ) على الحدث (ب) وبالعكس أيضًا، وبالتالي لا يمكن للمرء أن يعرف ما إذا كانت عملية إسقاط قطعة الدومينو الكمي الأخيرة كانت نتيجة لسقوط الدومينو الأول أو سببًا له، وبذلك قد يوفر موضوع السببية غير المحددة في عالم الكم رؤى جديدة في الأسس النظرية لميكانيكا الكم والنسبية العامة.[٤][٥]


كشفت الأبحاث الحديثة أن العلاقات السببية يمكن وضعها في حالات التراكب الكمي، والتي يمكن فيها للأحداث المتلاحقة التأثير على بعضها البعض، فقد ساهمت السببية بصياغة بعض الرؤى الخاصة بميكانيكا الكم نتيجة لذلك، ومن هنا قد يظهر التوافق بين السببية وميكانيكا الكم وفقًا للتجارب الحديثة في إثباتها.

______________________________________________________________________________

*الزمكان: هو عبارة عن دمج لمفهومي الزمان والمكان معًا، إذ افترض آينشتاين أن للكون أربعة أبعاد، فبالإضافة إلى الأبعاد المكانية الثلاث؛ الطول والعرض والارتفاع، أضاف الزمن كبعد رابع، إذ افترض أن الزمان من الممكن أن يقصر أو يتمدد باختلاف المكان، وذلك تبعًا لسرعة الجسم وكتلته.[٦]

المراجع[+]

  1. ^ أ ب ت "causality", New Scientist, Retrieved 19/7/2021. Edited.
  2. "The Principle of Causation as a Basis of Scientific Method", Informs Pubs Online, Retrieved 20/7/2021. Edited.
  3. John Spacey (9/2/2018), "11 Examples of causality", Simplicable, Retrieved 19/7/2021. Edited.
  4. ^ أ ب "causality in a quantum world", Physics Today, 28/3/2018, Retrieved 19/7/2021. Edited.
  5. ^ أ ب "causality and quantum mechanics", JSTOR, Retrieved 19/7/2021. Edited.
  6. "What Is Spacetime?", nature, Retrieved 16/8/2021. Edited.

31 مشاهدة