Причины и следствия в физике

[amon]

Ghost_of_past в сообщении #1734261 писал(а):

Потому что в первом уравнении $F$ является независимой величиной,

IMHO, о причинах и следствиях осмысленно говорить, когда некоторая величина задана "по воле Аллаха", определяет другую величину и на нее ничего не влияет. Для идеального источника напряжения напряжение можно считать источником тока, для источника тока -- ток источником ("причиной" ) напряжения. Если есть существенное обратное влияние, то определить "причину" становится затруднительно.
Пусть у нас есть два заряда, взаимодействующие через запаздывающий потенциал. Тогда, если считать запаздывание синонимом причины, то получается порочный круг -- причиной движения первого заряда является поле второго, а причиной для второго -- поле первого, которое определяется его движением, которое определяется движением второго заряда. Запаздывание в таком случае ни как не помогает "отделить причину от следствия".

[realeugene]

amon в сообщении #1734265 писал(а):

IMHO, о причинах и следствиях осмысленно говорить, когда некоторая величина задана "по воле Аллаха"

Говоря научным языком, истинно случайные события не имеют причин, но могут быть причинами всего остального. То есть, возвращаясь к электронике, источники шумового напряжения, а равно и независимо источники шумового тока на схемах замещения компонентов являются истинными причинами всего остального.

-- добавлено через 2 минуты --

(Оффтоп)

Mihaylo в сообщении #1734236 писал(а):

Потому что закон Ома нельзя обратить по объективным причинам, а закон Менделеева-Клапейрона можно. Разве не так? Грубо говоря, закон Ома не ломает направление стрелы времени (случайно так), а закон Менделеева-Клапейрона сделал это.

Mihaylo несло.

[EUgeneUS]

Ghost_of_past в сообщении #1734261 писал(а):

Потому что в первом уравнении $F$ является независимой величиной, задающей изменение $P$, а во втором $j$ - лишь производная $a$, а не ее независимая причина изменения? Или вы что-то другое имели в виду?

amon в сообщении #1734265 писал(а):

IMHO, о причинах и следствиях осмысленно говорить, когда некоторая величина задана "по воле Аллаха", определяет другую величину и на нее ничего не влияет.

Эти два, казалось бы различные, утверждения, по сути эквивалентны. Но нужно не забыть про понятие системы.
Тогда рассуждения становятся более прозрачными что ли.
1. Следствиями могут быть только состояния системы.
2. Причинами, соответственно, могут быть прошлые состояния системы и прошлое внешнее влияние.

Тогда:
"$F$ является независимой величиной" у уважаемого Ghost_of_past и "некоторая величина задана "по воле Аллаха"" у уважаемого amon - это просто одно и то же. Внешнее влияние на систему.

Также важно обратить внимание, что в причинах и следствиях участвуют состояния системы. То есть в уравнениях, отражающих причинно-следственные связи, должны участвовать некоторые величины, описывающие состояние системы.
Импульс(ы) и радиус-вектор(ы) - это величины описывающие состояние механической системы, а ускорение и рывок - это величины не описывающие состояние системы. Поэтому второе уравнение в моем посте на предыдущей странице причинно-следственные связи не отражает. Это просто формула Ньютона-Лейбница.

-- добавлено через 8 минут --

Также не менее важно обратить внимание, что не все физические уравнения, в которых входят величины, описывающие состояние системы, могут отражать причинно-следственные связи.
Есть класс уравнений, который назовем "уравнениями состояния в широком смысле" (в узком смысле "уравнения состояния" применяются только в термодинамике).
Это уравнения, которые понижают размерность, количество величин, необходимых для описания состояния системы.
Характерная особенность таких уравнений: в них количественно связываются величины, описывающие состояние системы, но "измеренные здесь и сейчас".

Примеры:
1. Уравнения голономных связей в механических системах.
2. Уравнение Менделеева-Клайперона
3. Наш любимый закон Ома для участка цепи.
4. $Q = CU$ для конденсатора
5. и т.д.

-- добавлено через 3 минуты --

realeugene в сообщении #1734266 писал(а):

То есть, возвращаясь к электронике, источники шумового напряжения, а равно и независимо источники шумового тока на схемах замещения компонентов являются истинными причинами всего остального.

Это какой-то экстремизм

1. Очевидно, что "главной" причиной всего в электронной схеме является то, что схему собрали "в железе" и подали на неё питание
То есть некое начальное состояние.
2. Игнорируются внешние причины (внешнее влияние) - входной сигнал, который подаётся на схему, температурные режимы и прочие внешние обстоятельства.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1734267 писал(а):

Импульс(ы) и радиус-вектор(ы) - это величины описывающие состояние механической системы, а ускорение и рывок - это величины не описывающие состояние системы.

Я могу записать уравнение колебания осциллятора в гамильтоновой форме, или, прости Господи, в переменных действие-угол. В эти уравнения ускорения и рывки не входят. Что будет причиной а что следствием?

[Евгений Машеров]

Сугубое ИМХО.
Причина есть то, что предшествует следствию и оказывает влияние на следствие.
То есть искать причину и следствие в уравнении, связывающем две величины - занятие сродни онанизму. Смысл в нём появляется, когда мы обнаруживаем, что на одну из величин можем влиять, или хотя бы заранее узнать её значение. Тогда мы принимает её за причину, а рассчитанные по указанному уравнению другие - за следствие. То есть чистая прагматика, "сие не филозофия, но более наук практических".
При этом если мы очень уж глубоко залезаем в "поиск причин", то можем вовсе утратить смысл вопроса. Если, выясняя, что было первым - курица или яйцо ток или напряжение, мы доберёмся до квантовых эффектов, то может оказаться, что интересующие нас макроскопические величины на этом уроеве не существуют,

[EUgeneUS]

amon в сообщении #1734272 писал(а):

Я могу записать уравнение колебания осциллятора в гамильтоновой форме, или, прости Господи, в переменных действие-угол. В эти уравнения ускорения и рывки не входят. Что будет причиной а что следствием?

1. Так как осциллятор по определению система замкнутая, то все причины будут "внутри" системы.
2. Кстати, переменные действие-угол довольны удобны для этих целей:

$I = \operatorname{const} = I_0$
Причиной действия является начальное значение действия и больше ничего.

$\theta(t) = \omega \cdot (t-t_0) + \theta(t_0)$
Причиной угла является начальное значение угла $\theta(t_0)$ и эволюция системы на промежутке времени $(t,t_0)$: $\omega (t-t_0)$

Можно и так переписать:
$\theta(t) - \omega t = \theta(t_0) - \omega t_0$
И сказать, что раз величина $\theta(t) - \omega t$ константа, то ее причиной является её начальное значение и больше ничего.

Но, как указывалось выше - сказать-то так можно. А толку? Это никаких новых знаний о движении системы не добавляет.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1734276 писал(а):

Причиной действия является начальное значение действия и больше ничего.

То есть, причиной того, что возбужденный атом излучает свет является то, что атом находится в возбужденном состоянии -- как-то небогато...

[EUgeneUS]

amon в сообщении #1734277 писал(а):

То есть, причиной того, что возбужденный атом излучает свет является то, что атом находится в возбужденном состоянии -- как-то небогато...

Если речь о спонтанном излучении, то так оно и есть. А какие ещё причины могут быть у спонтанного излучения?
Ну-да, небогато.

Где-то в начале темы в ответе уважаемому Ghost_of_past писал, что причинно-следственный анализ в физике редко чего-то добавляет к количественному описанию.
Оговорка "редко" относится к принципу причинности в СТО\ОТО, ко всяким causal set, и прочим изыскам.
А в основном разговоры о причинах и следствиях в физике:
- либо сводятся к бессмысленным утверждениям. Когда ищут причины и следствия там, где их нет. Как в этой теме про закон Ома.
- либо сводятся к в общем-то осмысленным утверждениям, но бесполезным с практической точки зрения.

-- добавлено через 4 минуты --

Статья в Стэнфордском философском словаре, которую тут недавно упоминали, и даже выкладывали по отдельной ссылке, начинается с упоминания позиции Рассела, которую он высказал в начале 20-го века.
Ниже в пересказе гуглоИИ:

Цитата:

Бертран Рассел посвятил критике понятия причинности в физике свою знаменитую работу «О понятии причины» (1913), вошедшую позже в сборник «Мистицизм и логика».
Его главная мысль заключается в том, что понятие причины устарело и не используется в современной теоретической физике, сохраняясь лишь как «допотопный предрассудок».
...
Резюме
По Расселу, классическая причинность — это упрощение, полезное для обыденной жизни, но ложное с точки зрения фундаментальной науки. Физика заменяет её концепцией непрерывного изменения, описываемого симметричными математическими законами.

Не согласен со столь категоричной постановкой вопроса. Но нужно признать, у Рассела были причины, для такого мнения.

[Cos(x-pi/2)]

Mihaylo

Физики не лежат без дела в ступоре, они решают конкретные количественные задачи, поддающиеся решению. Не фантастические задачи решают (типа, как обратить время вспять ао всей Вселенной), а те задачи, для которых уже удалось (или видна перспектива) найти экспериментальные и теоретические методы решения. Физиков интересуют доступные в этой науке методы изучения явлений, а не бесплодные разговоры.

Да, встречается и такое занятие: "а поговорить" о причинах и следствиях.

Но оно, как показывает опыт, накопленный физиками за несколько веков, мало помогает (чаще не помогает) решать практические задачи. Математика и эксперименты - помогают; а "поговорить" - нет. Считайте, что это тоже экспериментальный факт; своего рода закон физики, или загадка природы, если угодно.

Электротехника изучена давно и подробно, так что говорить о причинах и следствиях в задачах об $I$ и $U$ кроме как за школьной партой просто смешно.

Если же у Вас действительно есть свой метод (не известный, как Вы полагаете, заступорившимся физикам) - некий "причинно-следственный" метод решения задач, отличный от общеизвестного в электротехнике, то убедительная просьба к Вам - подробно продемонстрируйте это, пожалуйста, на конкретной учебной задачке:


Задача:

Дано: в контуре с заданными $L,C,R$ (см. рис. ниже) в момент времени $t_0=0$ напряжение между точками "а" и "б" равно нулю, т.е. $U(0)=0,$ и при этом ток в контуре равен заданной (т.е. известной) величине $I(0)=I_0>0.$

Найти: $I(t)$ и $U(t)$ в виде явных функций времени.

Вложение:

RLC.jpg

Для начала приведите, пожалуйста, ход решения по законам физики для простейшего варианта задачки - пусть $R=0.$ При $R>0$ эта задачка интереснее, но и посложнее. Затем для сравнения приведите ваш ход решения - некий "причинно-следственный", без считающейся Вами не нужной в физике "абстрактной математики". (Ответы типа "зачем решать, я помню ответ" или "вот готовый ответ из интернета" не принимаются :)

Задачка интересна не только как учебная, но и как иллюстрация практического применения законов физики (включая многократно упомянутый в этой теме закон Ома). Колебательные контуры применяются в радиоприёмниках. Инженерам важно знать: как собственная частота контура зависит от $L,C,R,$ какое максимальное напряжение может возникнуть на контуре при заданной амплитуде колебаний тока в нём, и можно ли его изменить, не меняя собственную частоту, какова "полоса пропускания" колебательного контура как избирательного фильтра. А также: как ввести положительную обратную связь, чтобы получилось эффективное $R<0,$ т.е. затухающие колебания стали бы нарастающими (чтобы получился генератор; это пример "обращения явления вспять" в данном колебательном контуре, хотя и не во всей системе в целом :)

Вот в подобных задачах, конкретных и важных на практике, и выясняется, что полезнее для вывода искомых $I(t),\, U(t)$ и прочих интересующих функциональных связей - "абстрактная математика" или длительные разговоры о причинах и следствиях.

[EUgeneUS]

Кстати, теория электрических цепей это одна из дисциплин, в которой:
1. Принцип причинности играет ненулевую роль.
2. Легко, без отжиманий и приседаний, отслеживаются причины и следствия.

1. Соблюдение принципа причинности - это одно из условий физически реализуемой системы.
Впрочем, это требование легко формализуется и каких-то длительных обсуждений не требует:
импульсная переходная функция $h(t)$ (реакция системы на единичный импульс) должна быть равна нулю для всех отрицательных моментов времени: $h(t) = 0$ при $t < 0$.

2. При рассмотрении 4-х полюсников можно входные величина назвать "причиной", а выходные - "следствием".
Назвать-то так можно, но никакой практической пользы это не принесет.
UPD: кроме того, такое определение "причин" и "следствий" весьма условно и может в ступать в противоречие с направлением передачи энергии.

-- добавлено через 23 минуты --

Cos(x-pi/2) в сообщении #1734286 писал(а):

...
Вот в подобных задачах, конкретных и важных на практике, и выясняется, что полезнее для вывода искомых $I(t),\, U(t)$ и прочих интересующих функциональных связей - "абстрактная математика" или длительные разговоры о причинах и следствиях.

плюс 100500

[Mihaylo]

Евгений Машеров в сообщении #1734274 писал(а):

Если, выясняя, что было первым - курица или яйцо ток или напряжение, мы доберёмся до квантовых эффектов, то может оказаться, что интересующие нас макроскопические величины на этом уроеве не существуют,

Я вам скажу больше, ничего не изменится. Выяснение того, что там на квантовом уровне происходит, не изменит того факта, что $I:=\frac{U}{R}$, например.

Имеют причины-следствия смысл или нет. Мы же прекрасно понимаем, что ток создаётся напряжением, ускорение - силой и т.д. Это помогает нам быстро воссоздавать картинку (проводить анализ и синтез) физической системы. Но зачем это нарочно отвергается, когда это обобщённо обсуждается?

Например, мы наблюдаем дрейф или какое-то отклонение в системе, мы делаем вывод о действии какой-нибудь паразитной силы. Не имея знания о причинах и следствиях, мы бы могли подумать на дифференциал скорости ($a=\frac{dV}{dt}$, без векторов) как на причину. Это было бы нормальным, если бы не существовало причин и следствий. (Извините за неаккуратность примера.)

[Лукомор]

Cos(x-pi/2) в сообщении #1734286 писал(а):

Дано: в контуре с заданными $L,C,R$ (см. рис. ниже) в момент времени $t_0=0$ напряжение между точками "а" и "б" равно нулю, т.е. $U(0)=0,$ и при этом ток в контуре равен заданной (т.е. известной) величине $I(0)=I_0>0.$

Найти: $I(t)$ и $U(t)$ в виде явных функций времени.

Ну, это как-то уж сильно просто.
Давайте чутка усложним...
Задача
:Дано: в контуре с заданными $L,C,R$ (см. рис. выше) в момент времени $t_0=0$ напряжение между точками "а" и "б" равно нулю, т.е. $U(0)=0,$ и при этом ток в контуре равен нулю, т.е.$I(0)=0.$
Найти: $I(t)$ и $U(t)$ в виде явных функций времени для $t <0$

Вот такая простенькая задачка даст понимание того, что есть причина, а что - следствие...

[realeugene]

Лукомор в сообщении #1734297 писал(а):

:Дано: в контуре с заданными $L,C,R$ (см. рис. выше) в момент времени $t_0=0$ напряжение между точками "а" и "б" равно нулю, т.е. $U(0)=0,$ и при этом ток в контуре равен нулю, т.е.$I(0)=0.$
Найти: $I(t)$ и $U(t)$ в виде явных функций времени для $t <0$

Вы не поверите.
Нуль.

Лукомор в сообщении #1734297 писал(а):

Вот такая простенькая задачка даст понимание того, что есть причина, а что - следствие...

И?

[Лукомор]

realeugene в сообщении #1734300 писал(а):

Вы не поверите.
Нуль.

Конечно не поверю!
Ибо затухающие колебания в контуре, это не нуль...

[Gagarin1968]

realeugene в сообщении #1734300 писал(а):

Вы не поверите. Нуль.

Я бы даже усилил это: обе функции тождественно равны нулю.