江湖科学
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物理科普:因果关系
novakon 2016-12-15 05:10:10

(这篇文章被移动到了江湖科学,我很遗憾。这篇文章是用基本物理定律解释我们日常生活中对因果关系的判断与感受。)

如果可以根据已经发生的一件事(的部分信息),推知之前曾经发生过的另一件事,那么人们会说这两件事存在因果关系。

对于宏观物体和宏观概念的事件,有时可以得出较为肯定的因果关系。

譬如,一个球飞到某处,已知当前速度,求之前某时刻经过的位置。

我们可以根据运动学公式求出答案,但空气的扰动是布朗运动,因此求出的答案总会有误差。

有时由于信息不足,我们不能给出肯定的因果关系,但仍然可以给出相当准确的答案。

譬如,有两种气体分别充满一个密闭盒体的两侧,将隔板移除,令两种气体混合。一段时间后,气体完全混合。测量结果显示,气体分子中一半是氮气,一半是氧气。请问,最开始的时候哪边是氮气,哪边是氧气?

由于缺乏信息,我们可以给出如下答案:1/2概率左边是氮气,右边是氧气;1/2概率左边是氧气,右边是氮气。

这样就产生了两个原因,发生概率分别为0.5 。我们知道真正原因只有一个,但是没办法判断到底是哪个。

有时即便不知道事情的发生顺序,我们也能判断因果关系。

譬如,已知充满气体的盒子曾经处于两个状态,其中一个状态下,采集到某处的氮氧比例为1:20,另一个状态下,采集到同一处的氮氧比例为1:1。请问哪一个状态可以作为另一个状态的因?

根据热力学定律,密闭空间中两种气体分子的空间分布是趋于均匀的。因此前一个状态成为后一个状态的因的概率非常接近于1,反过来非常接近于0.

有时即使知道了事情的发生顺序,我们也无法判断因果关系。

譬如,抽奖的时候用手多捞了一把,结果抽到了大奖。

根据热力学定律,同上省略100字,多捞一把的动作成为中大奖的因的概率接近于0。根据中奖结果,无法推知到底是哪个手部动作导致了中奖。

这篇简短的文章解释了几个道理:

  1. 由于信息的普遍缺乏以及受测不准原理限制,现实世界中任何因果关系都不可能是确凿(即if-then)的,而使用概率描述。当(认为、感到、统计)这个概率很高时,人们就说存在因果关系。
  2. 事件、状态的出现顺序并不足以确定因果关系。

[修改于 2 年前 - 2016-12-15 14:52:43]

2016-12-15 14:39:51
novakon(作者)
1楼

https://en.wikipedia.org/wiki/Arrow_of_time

Physically speaking, the perception of cause and effect in the dropped cup example is a phenomenon of the thermodynamic arrow of time, a consequence of the second law of thermodynamics.[10] Controlling the future, or causing something to happen, creates correlations between the doer and the effect,[11] and these can only be created as we move forwards in time, not backwards.

British physicist Sir Alfred Brian Pippard wrote, "There is thus no justification for the view, often glibly repeated, that the Second Law of Thermodynamics is only statistically true, in the sense that microscopic violations repeatedly occur, but never violations of any serious magnitude. On the contrary, no evidence has ever been presented that the Second Law breaks down under any circumstances."[4] However, there are a number of paradoxes regarding violation of the Second Law of Thermodynamics, one of them due to the Poincaré recurrence theorem.

[修改于 2 年前 - 2016-12-15 14:47:18]

2016-12-20 11:41:41
2楼
虽然是进入了江湖版,但是这篇文字还是很有意思的,对因果的思考。
对于一个结果,究其因,我们往往注意到其中一个或者数个因素,认为就是这几个因素作用才有的如此结果。
一个事物的果,其实包含的因,深究起来,最根本能追究到宇宙起源。
比如,我回复了Novakon你这篇文章,最初的原因是这个宇宙诞生了,然后经过漫长岁月产生了各种天体,在某些天体当中合成了碳氧钙铁锌............等等各种元素...说起来很长.....到生命起源........到人类诞生.....火种......数学.....计算机诞生............无数多的因素经历数以百亿的岁月积累下来的条件都达成了,才有了这个结果。这些因素只要有一个变化,结果就会大不一样。比如果人类到现在还没有发现火种的话,我可能在草原或者树上看见Novakon然后做了个示威的动作:不要跟我抢,不然我揍你!

[修改于 2 年前 - 2016-12-20 11:52:45]

3楼
对于“蝴蝶效应”我有深刻体会,一次走出校门,一次眼球的转动,在一个门口前面,迈开了一个脚步,就是几个微小的动作改变了我一生的走向,当然这个改变也是现在我回复Novakon你这帖子的一个因。嗯是无数因当中很微小的一个。

[修改于 2 年前 - 2016-12-20 12:10:26]

2017-1-9 23:11:20
4楼
当出现了预言(预言不可改变)之后,就没有所谓的因果律了,而是得出了一个结论:世界是一段程序。当然有没有预言,由于科技限制,讨论这个终极问题之一,想想满足好奇心就行了,现在也无法准确知道这个世界的运行法则。每个量纲对应的世界有对应的物理法则。举个例子,分子水平的量纲,包含化学作用的法则,原子电子水平的量纲,包含量子力学,对于更小的可能对应于弦理论、高维空间,宏观水平对应恒星运行法则,牛顿运动,引力波,黑洞。超出宇宙之外,又是什么法则,who know。那边有时间吗?信息量太大,天文数字。

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