La causalidad es la relación entre causas y efectos. [1] [2] Si bien la causalidad también es un tema estudiado desde la perspectiva de la filosofía, desde la perspectiva de la física, se operacionaliza de modo que las causas de un evento deben estar en el cono de luz pasado del evento y, en última instancia, ser reducibles a interacciones fundamentales. . De manera similar, una causa no puede tener un efecto fuera de su futuro cono de luz.
En la física clásica, un efecto no puede ocurrir antes que su causa, por lo que soluciones como las soluciones temporales avanzadas del potencial de Liénard-Wiechert se descartan como físicamente sin sentido. Tanto en la teoría de la relatividad especial como en la general de Einstein, la causalidad significa que un efecto no puede ocurrir a partir de una causa que no está en el cono de luz posterior (pasado) de ese evento. De manera similar, una causa no puede tener un efecto fuera de su cono de luz frontal (futuro). Estas restricciones son consistentes con la restricción de que la masa y la energía que actúan como influencias causales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz y/o retroceder en el tiempo. En la teoría cuántica de campos , los observables de eventos con unaLa relación espacial , "en otro lugar", tiene que conmutar , por lo que el orden de las observaciones o las mediciones de tales observables no se impactan entre sí.
Otro requisito de la causalidad es que la causa y el efecto estén mediados a través del espacio y el tiempo (requisito de contigüidad ). Este requisito ha sido muy influyente en el pasado, en primer lugar como resultado de la observación directa de procesos causales (como empujar un carro), en segundo lugar como un aspecto problemático de la teoría de la gravitación de Newton (atracción de la tierra por el el sol mediante la acción a distancia ) reemplazando propuestas mecanicistas como la teoría del vórtice de Descartes ; en tercer lugar, como un incentivo para desarrollar teorías dinámicas de campos (por ejemplo, la electrodinámica de Maxwell y la teoría general de la relatividad de Einstein).) restaurar la contigüidad en la transmisión de influencias de una manera más exitosa que en la teoría de Descartes.
En la física moderna , la noción de causalidad tuvo que ser aclarada. Las ideas de la teoría de la relatividad especial confirmaron la suposición de causalidad, pero hicieron que el significado de la palabra "simultáneo" fuera dependiente del observador. [3] En consecuencia, el principio relativista de causalidad dice que la causa debe preceder a su efecto según todos los observadores inerciales . Esto es equivalente a la declaración de que la causa y su efecto están separados por un tiempo.intervalo, y el efecto pertenece al futuro de su causa. Si un intervalo de tiempo separa los dos eventos, esto significa que podría enviarse una señal entre ellos a menos de la velocidad de la luz. Por otro lado, si las señales pudieran moverse más rápido que la velocidad de la luz, esto violaría la causalidad porque permitiría enviar una señal a través de intervalos similares al espacio , lo que significa que, al menos para algunos observadores inerciales, la señal viajaría hacia atrás en el tiempo . Por esta razón, la relatividad especial no permite una comunicación más rápida que la velocidad de la luz .
En la teoría de la relatividad general , el concepto de causalidad se generaliza de la manera más directa: el efecto debe pertenecer al futuro cono de luz de su causa, incluso si el espacio-tiempo es curvo. Deben tenerse en cuenta nuevas sutilezas cuando investigamos la causalidad en la mecánica cuántica y, en particular, en la teoría cuántica relativista de campos . En esas dos teorías, la causalidad está íntimamente relacionada con el principio de localidad . Sin embargo, el principio de localidad está en disputa: si se cumple estrictamente depende de la interpretación de la mecánica cuántica elegida, especialmente para experimentos que involucran entrelazamiento cuántico que satisfacen el teorema de Bell..