Причинно-следственная связь — это влияние, посредством которого одно событие , процесс , состояние или объект ( причина ) способствует возникновению другого события, процесса, состояния или объекта (следствие ) , где причина, по крайней мере частично , ответственна за следствие, а следствие, по крайней мере частично , зависит от причины. [ 1 ] Причину чего-либо также можно описать как причину события или процесса. [ 2 ]

В общем случае, процесс может иметь множество причин [ 1 ] , которые также называются причинными факторами для него, и все они лежат в его прошлом . Следствие, в свою очередь, может быть причиной или причинным фактором для многих других следствий, которые все лежат в его будущем . Таким образом, различие между причиной и следствием либо вытекает из, либо обеспечивает различие между прошлым и будущим . Хотя первая точка зрения более распространена в физике [ 3 ] , некоторые авторы утверждают, что причинность метафизически предшествует понятиям времени и пространства [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]. Причинность — это абстракция , указывающая на то, как развивается мир [ 7 ] . Как таковая, это базовое понятие, и можно было бы ожидать, что оно будет более уместно в качестве объяснения других концепций развития, чем чего-то, что следует объяснять еще более фундаментальными идеями. Это понятие подобно понятиям субъектности и эффективности . По этой причине для его понимания может потребоваться интуитивный скачок . [ 8 ] [ 9 ] Соответственно, причинность неявно присутствует в структуре обыденного языка, [ 10 ] а также явно присутствует в языке научной причинно-следственной нотации .

В англоязычных исследованиях аристотелевской философии слово «причина» используется как специализированный технический термин, перевод аристотелевского термина αἰτία, под которым Аристотель подразумевал «объяснение» или «ответ на вопрос „почему“». Аристотель классифицировал четыре типа ответов как материальные, формальные, действенные и конечные «причины». В данном случае «причина» — это explanans для explanandum , и неспособность распознать, что рассматриваются разные виды «причин», может привести к бесплодным дебатам. Из четырех способов объяснения Аристотеля наиболее близким к рассматриваемой в данной статье является «действенный».

В рамках своей оппозиции рационализму Дэвид Юм утверждал, что одного лишь чистого разума недостаточно для доказательства реальности действенной причинности; вместо этого он апеллировал к обычаям и ментальным привычкам, отмечая, что все человеческие знания проистекают исключительно из опыта .

Тема причинно-следственной связи остается одной из основных в современной философии .

Природа причины и следствия является предметом изучения, известного как метафизика . Кант считал, что время и пространство — это понятия, предшествующие человеческому пониманию прогресса или эволюции мира, и он также признавал приоритет причинности. Но у него не было понимания, которое пришло с знанием геометрии Минковского и специальной теории относительности , что понятие причинности может быть использовано в качестве априорного основания для построения понятий времени и пространства. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Общий метафизический вопрос о причине и следствии звучит так: «какие сущности могут быть причиной, а какие — следствием?»

Одна из точек зрения на этот вопрос заключается в том, что причина и следствие представляют собой одно и то же, а причинность является асимметричным отношением между ними. Иными словами, с грамматической точки зрения было бы логично сказать либо « А — причина, а В — следствие», либо « В — причина, а А — следствие», хотя на самом деле истинным может быть только одно из этих двух. В этой точке зрения, предложенной в качестве метафизического принципа в процессуальной философии , утверждается, что каждая причина и каждое следствие соответственно являются каким-либо процессом, событием, становлением или происшествием. [ 5 ] Примером может служить фраза: «его споткнулся о ступеньку, и это было следствием, а сломанная лодыжка — следствием». Другая точка зрения заключается в том, что причины и следствия — это «состояния дел», причем точная природа этих сущностей определяется более расплывчато, чем в процессуальной философии. [ 11 ]

Другая точка зрения на этот вопрос — более классическая, согласно которой причина и ее следствие могут представлять собой разные сущности. Например, в действенном причинном объяснении Аристотеля действие может быть причиной, а устойчивый объект — его следствием. Например, порождающие действия его родителей можно рассматривать как действенную причину, а Сократа — как следствие, причем Сократ рассматривается как устойчивый объект, в философской традиции называемый «субстанцией», в отличие от действия.

Поскольку причинность — это тонкое метафизическое понятие, для установления знания о ней в конкретных эмпирических обстоятельствах требуются значительные интеллектуальные усилия, а также представление доказательств. По мнению Дэвида Юма , человеческий разум не способен непосредственно воспринимать причинно-следственные связи. На этом основании ученый различал регулярное представление о причинности и контрфактуальное понятие. [ 12 ] Согласно контрфактуальному представлению , X вызывает Y тогда и только тогда, когда без X не существовало бы Y. Юм интерпретировал последнее как онтологическое представление, то есть как описание природы причинности; но, учитывая ограничения человеческого разума, советовал использовать первое (грубо утверждая, что X вызывает Y тогда и только тогда, когда два события пространственно-временно связаны, и X предшествует Y ) в качестве эпистемического определения причинности. Нам необходимо эпистемическое понятие причинности, чтобы различать причинные и непричинные отношения. Современная философская литература о причинности может быть разделена на пять основных подходов к причинности. К ним относятся (упомянутые выше) регулярностный, вероятностный , контрфактический, механистический и манипуляционистский взгляды. Можно показать, что все пять подходов являются редуктивными, то есть они определяют причинность через отношения других типов. [ 13 ] Согласно этой интерпретации, они определяют причинность через, соответственно, эмпирические закономерности (постоянные конъюнкции событий), изменения условных вероятностей , контрфактические условия, механизмы, лежащие в основе причинно-следственных связей, и инвариантность при вмешательстве.

Причинность обладает свойствами предшествующего и смежного. [ 14 ] [ 15 ] Они топологичны и являются составляющими геометрии пространства-времени. Как разработал Альфред Робб , эти свойства позволяют вывести понятия времени и пространства. [ 16 ] Макс Джаммер пишет: «Постулат Эйнштейна… открывает путь к прямому построению причинной топологии… пространства Минковского». [ 17 ] Причинная эффективность распространяется не быстрее скорости света. [ 18 ]

Таким образом, понятие причинности метафизически предшествует понятиям времени и пространства. На практике это объясняется тем, что использование отношения причинности необходимо для интерпретации эмпирических экспериментов. Интерпретация экспериментов необходима для установления физических и геометрических понятий времени и пространства.

Детерминистическое мировоззрение утверждает, что историю Вселенной можно исчерпывающе представить как последовательность событий, следующих одно за другим как причина и следствие. [ 15 ] Инкомпатибилизм утверждает, что детерминизм несовместим со свободой воли, поэтому, если детерминизм верен, « свобода воли » не существует. Компатибилизм , с другой стороны, утверждает, что детерминизм совместим со свободой воли или даже необходим для нее. [ 19 ]

Причины иногда можно разделить на два типа: необходимые и достаточные. [ 20 ] Третий тип причинности, который не требует ни необходимости, ни достаточности, но который способствует эффекту, называется «сопутствующей причиной».

Необходимые причины

Если x является необходимой причиной y , то наличие y обязательно подразумевает предшествующее возникновение x . Однако наличие x не означает, что y обязательно произойдет. [ 21 ]

Достаточные причины

Если x является достаточной причиной y , то наличие x обязательно подразумевает последующее возникновение y . Однако другая причина z может альтернативно вызывать y . Таким образом, наличие y не подразумевает предшествующего возникновения x . [ 21 ]

Сопутствующие причины

Для какого-либо конкретного эффекта, в единичном случае, фактор, являющийся сопутствующей причиной, — это одна из нескольких сопутствующих причин. Подразумевается, что все они являются сопутствующими. Для конкретного эффекта, в общем случае, нет никаких указаний на то, что сопутствующая причина необходима, хотя она может быть таковой. В общем случае фактор, являющийся сопутствующей причиной, не является достаточным, поскольку по определению он сопровождается другими причинами, которые не считались бы причинами, если бы он был достаточным. Для конкретного эффекта фактор, который в одних случаях является сопутствующей причиной, может в других случаях быть достаточным, но в этих других случаях он не будет просто сопутствующим. [ 22 ]

Дж. Л. Макки утверждает, что обычное обсуждение «причины» на самом деле относится к недостаточным , но не избыточным частям условия, которое само по себе является ненужным, но достаточным для возникновения эффекта. [ 23 ] Примером может служить короткое замыкание как причина пожара в доме. Рассмотрим совокупность событий: короткое замыкание, близость легковоспламеняющихся материалов и отсутствие пожарных. Вместе они являются ненужными, но достаточными для пожара в доме (поскольку многие другие совокупности событий, безусловно, могли бы привести к пожару в доме, например, обстрел дома из огнемета в присутствии кислорода и так далее). В рамках этой совокупности короткое замыкание является недостаточной (поскольку само по себе короткое замыкание не вызвало бы пожар), но не избыточной (поскольку пожар не произошел бы без него, при прочих равных условиях) частью условия, которое само по себе является ненужным, но достаточным для возникновения эффекта. Таким образом, короткое замыкание является одной из основных причин возгорания дома.

Однако теория INUS Макки страдает от проблемы совместных эффектов общей причины: она ошибочно идентифицирует один эффект общей причины как проявление условия INUS для другого эффекта той же общей причины, даже несмотря на то, что два эффекта не связаны причинно-следственной связью. [ 24 ] Современные теории регулярности стремятся преодолеть эту проблему, используя так называемые не избыточные регулярности. [ 25 ] [ 26 ]

Условные утверждения не являются утверждениями о причинно-следственной связи. Важное различие заключается в том, что утверждения о причинно-следственной связи требуют, чтобы предшествующее событие предшествовало или совпадало с последующим во времени, тогда как условные утверждения не требуют такого временного порядка. Путаница часто возникает из-за того, что многие различные утверждения в английском языке могут быть представлены с использованием формы «Если..., то...» (и, возможно, потому что эта форма гораздо чаще используется для утверждения о причинно-следственной связи). Однако эти два типа утверждений различны.

Например, все следующие утверждения верны при интерпретации фразы "Если ..., то ..." как материального условного предложения:

1. Если Барак Обама станет президентом Соединенных Штатов в 2011 году, то Германия окажется в Европе.
2. Если Джордж Вашингтон станет президентом Соединенных Штатов в 2011 году, то это будет 〈произвольное утверждение〉 .

Первое утверждение истинно, поскольку и антецедент , и консеквент истинны. Второе утверждение истинно в сентенциальной логике и неопределенно в естественном языке, независимо от последующего консеквентного утверждения, поскольку антецедент ложен.

Обычное условное наклонение в изъявительном наклонении имеет несколько более сложную структуру, чем материальное условное наклонение. Например, хотя первое наиболее близко, ни одно из двух предыдущих утверждений не кажется верным в обычном изъявительном наклонении. Но предложение:

• Если «Макбета» написал не Шекспир из Стратфорда-на-Эйвоне, то это сделал кто-то другой.

Интуитивно это кажется верным, хотя в этой гипотетической ситуации нет прямой причинно-следственной связи между тем, что Шекспир не написал «Макбета», и тем, что его написал кто-то другой.

Другой тип условных утверждений, контрфактические условные утверждения , имеет более сильную связь с причинно-следственной связью, однако даже контрфактические утверждения не всегда являются примерами причинно-следственной связи. Рассмотрим следующие два утверждения:

1. Если бы А был треугольником, то у А было бы три стороны.
2. Если переключить выключатель S, то загорится лампочка B.

В первом случае было бы неверно утверждать, что треугольная форма А обуславливает наличие у него трех сторон, поскольку связь между треугольностью и трехсторонностью определяется. Свойство иметь три стороны фактически определяет состояние А как треугольника. Тем не менее, даже при контрфактической интерпретации первое утверждение верно. Ранняя версия аристотелевской теории «четырех причин» описывается как признающая «существенную причину». В этой версии теории то, что замкнутый многоугольник имеет три стороны, называется «существенной причиной» того, что он является треугольником. [ 27 ] Это использование слова «причина», конечно, сейчас давно устарело. Тем не менее, в рамках обыденного языка можно сказать, что наличие трех сторон является существенным для треугольника.

Полное понимание концепции условных утверждений важно для понимания литературы по причинно-следственным связям. В повседневной речи довольно часто встречаются расплывчатые условные утверждения, которые требуют внимательной интерпретации.

Логические ошибки сомнительной причинно-следственной связи, также известные как причинно-следственные ошибки, non-causa pro causa (лат. «не-причина для причины») или ложная причина, — это неформальные логические ошибки, при которых причина определяется неверно.

Контрфактические теории определяют причинно-следственную связь через контрфактическое отношение и часто рассматриваются как «наложение» их объяснения причинности поверх объяснения логики контрфактических условных утверждений . Контрфактические теории сводят факты о причинно-следственной связи к фактам о том, что было бы истинным при контрфактических обстоятельствах. [ 28 ] Идея заключается в том, что причинно-следственные связи можно сформулировать в форме «Если бы C не произошло, E не произошло бы». Этот подход восходит к определению причинно-следственной связи Дэвидом Юмом как «такое, что если бы первого объекта не существовало, то второго никогда бы не существовало». [ 29 ] Более полноценный анализ причинно-следственной связи через контрфактические условные утверждения появился только в XX веке после разработки семантики возможного мира для оценки контрфактических условных утверждений. В своей работе 1973 года «Причинность» Дэвид Льюис предложил следующее определение понятия причинной зависимости : [ 30 ]

Событие E причинно зависит от события C тогда и только тогда, когда: (i) если бы событие C произошло, то произошло бы и событие E, и (ii) если бы событие C не произошло, то и событие E не произошло бы.

Затем причинно-следственная связь анализируется с точки зрения контрфактической зависимости. То есть, C является причиной E тогда и только тогда, когда существует последовательность событий C, D 1 , D 2 , ... D k , E такая, что каждое событие в последовательности контрфактически зависит от предыдущего. Эту цепочку причинно-следственной зависимости можно назвать механизмом .

Следует отметить, что анализ не претендует на объяснение того, как мы выносим причинно-следственные суждения или как мы рассуждаем о причинности, а скорее на метафизическое объяснение того, что значит наличие причинно-следственной связи между некоторой парой событий. Если это верно, анализ способен объяснить некоторые особенности причинности. Зная, что причинность — это вопрос контрфактической зависимости, мы можем размышлять о природе контрфактической зависимости, чтобы объяснить природу причинности. Например, в своей статье «Контрфактическая зависимость и стрела времени» Льюис пытался объяснить направленность контрфактической зависимости во времени с точки зрения семантики контрфактического условного утверждения. [ 31 ] Если это верно, эта теория может служить для объяснения фундаментальной части нашего опыта, а именно того, что мы можем причинно влиять на будущее, но не на прошлое.

Одна из проблем контрфактического объяснения — это избыточная детерминация , когда эффект имеет несколько причин. Например, предположим, что Алиса и Боб оба бросают кирпичи в окно, и оно разбивается. Если бы Алиса не бросила кирпич, то окно все равно бы разбилось, что предполагает, что Алиса не была причиной; однако интуитивно Алиса действительно стала причиной разбития окна. Определения причинности Хальперна-Перла учитывают подобные примеры. [ 32 ] Первое и третье условия Хальперна-Перла проще всего понять: AC1 требует, чтобы Алиса бросила кирпич, и окно разбилось в реальном произведении. AC3 требует, чтобы бросок кирпича Алисой был минимальной причиной (ср. воздушный поцелуй и бросок кирпича). Взяв «обновленную» версию AC2(a), основная идея заключается в том, что мы должны найти набор переменных и их настроек таким образом, чтобы предотвращение броска кирпича Алисой также предотвратило разбитие окна. Один из способов сделать это — предотвратить бросок кирпича Бобом. Наконец, для AC2(b) нам нужно придерживаться условий, указанных в AC2(a), и показать, что бросок кирпича Алисой разбивает окно. (Полное определение несколько сложнее и включает проверку всех подмножеств переменных.)

Интерпретация причинно-следственной связи как детерминированного отношения означает, что если А вызывает В , то за А всегда должно следовать В. В этом смысле война не приводит к смертям, как и курение не вызывает рак или эмфизему . В результате многие обращаются к понятию вероятностной причинности. Неформально, А («Человек курит») вероятно вызывает В («У человека сейчас есть или будет рак в будущем»), если информация о том, что произошло А, увеличивает вероятность наступления В. Формально, P{ B | A }≥ P{ B }, где P{ B | A } — условная вероятность того, что В произойдет при наличии информации о том, что произошло А , а P{ B } — вероятность того, что В произойдет, не зная, произошло А или нет. Это интуитивное условие не является адекватным определением вероятностной причинности, поскольку оно слишком общее и, следовательно, не соответствует нашему интуитивному представлению о причине и следствии. Например, если А обозначает событие «Человек курит», В обозначает событие «У человека сейчас есть или будет рак в будущем», а С обозначает событие «У человека сейчас есть или будет эмфизема в будущем», то справедливы следующие три соотношения: P{ B | A } ≥ P{ B }, P{ C | A } ≥ P{ C } и P{ B | C } ≥ P{ B }. Последнее соотношение гласит, что знание о наличии у человека эмфиземы увеличивает вероятность развития у него рака. Причина этого в том, что наличие информации о наличии у человека эмфиземы увеличивает вероятность того, что человек курит, тем самым косвенно увеличивая вероятность развития у него рака. Однако мы не хотим делать вывод о том, что наличие эмфиземы вызывает рак. Таким образом, нам необходимы дополнительные условия, такие как временная взаимосвязь А и В и рациональное объяснение механизма действия. Это последнее требование сложно количественно оценить, поэтому разные авторы предпочитают несколько разные определения. [ требуется ссылка ]

Когда экспериментальные вмешательства невозможны или незаконны, вывод причинно-следственной связи из наблюдательных исследований должен основываться на некоторых качественных теоретических предположениях, например, что симптомы не вызывают заболеваний, обычно выражаемых в виде отсутствующих стрелок в причинно-следственных графах, таких как байесовские сети или диаграммы путей . Теория, лежащая в основе этих выводов, опирается на различие между условными вероятностями , как вП(сансер|смокянг)и вероятности вмешательства , как вП(сансер|до(смокянг))Первое выражение гласит: «вероятность обнаружения рака у человека, который, как известно, курит, начав курить без принуждения со стороны экспериментатора в неустановленное время в прошлом», а второе — «вероятность обнаружения рака у человека, которого экспериментатор заставил курить в определенное время в прошлом». Первое — это статистическое понятие, которое можно оценить путем наблюдения с незначительным вмешательством экспериментатора, а второе — причинное понятие, которое оценивается в эксперименте с важным контролируемым рандомизированным вмешательством. Для квантовых явлений характерно то, что наблюдения, определяемые несовместимыми переменными , всегда включают значительное вмешательство экспериментатора, как это количественно описывается эффектом наблюдателя . [ неясно ] В классической термодинамике процессы инициируются вмешательствами, называемыми термодинамическими операциями . В других областях науки, например, в астрономии , экспериментатор часто может наблюдать с незначительным вмешательством.

Теория «причинно-следственного исчисления» [ 33 ] (также известная как исчисление действий, причинно-следственное исчисление Иудеи Перла , исчисление действий) позволяет выводить вероятности вмешательства из условных вероятностей в причинно-следственных байесовских сетях с неизмеренными переменными. Одним из очень практических результатов этой теории является характеристика мешающих переменных , а именно, достаточного набора переменных, которые, если их учесть, дадут правильный причинно-следственный эффект между интересующими переменными. Можно показать, что достаточного набора для оценки причинно-следственного эффектаXнаЯпредставляет собой любое множество лиц, не являющихся потомками чтод-отдельныйXот после удаления всех стрел, исходящих из Этот критерий, называемый «обходной путь», дает математическое определение «искажающих факторов» и помогает исследователям выявлять доступные наборы переменных, достойных измерения.

В то время как выводы в причинном исчислении опираются на структуру причинного графа, части причинной структуры при определенных предположениях могут быть получены из статистических данных. Основная идея восходит к работе Севолла Райта 1921 года [ 34 ] по анализу путей . Алгоритм «восстановления» был разработан Ребане и Перлом (1987) , который основан на различении Райтом трех возможных типов причинных подструктур, допустимых в ориентированном ациклическом графе (DAG):

Тип 1 и тип 2 представляют собой одни и те же статистические зависимости (т.е., и являются независимыми при условииЯ) и, следовательно, неразличимы в рамках чисто поперечных данных . Однако тип 3 можно однозначно идентифицировать, поскольку и являются лишь частично независимыми, а все остальные пары зависимы. Таким образом, хотя скелеты (графики без стрелок) этих трех троек идентичны, направление стрелок частично можно определить. Аналогичное различие применяется и в других случаях. иЗимеют общих предков, за исключением того, что сначала необходимо обусловить наличие этих предков. Были разработаны алгоритмы для систематического определения скелета базового графа и последующего ориентирования всех стрелок, направление которых определяется наблюдаемыми условными независимостью.

Альтернативные методы структурного обучения просматривают множество возможных причинно-следственных связей между переменными и исключают те, которые сильно несовместимы с наблюдаемыми корреляциями . В целом, это оставляет набор возможных причинно-следственных связей, которые затем следует проверить путем анализа данных временных рядов или, предпочтительно, путем разработки соответствующих контролируемых экспериментов . В отличие от байесовских сетей, анализ путей (и его обобщение, моделирование структурных уравнений ) лучше подходит для оценки известного причинно-следственного эффекта или проверки причинно-следственной модели, чем для генерации причинно-следственных гипотез.

Для неэкспериментальных данных причинно-следственную связь часто можно определить, если имеется информация о времени. Это объясняется тем, что (согласно многим, хотя и не всем, теориям) причины должны предшествовать своим следствиям во времени. Это можно определить, например, с помощью статистических моделей временных рядов , статистического теста, основанного на идее причинности Грейнджера , или путем прямого экспериментального воздействия. Использование временных данных позволяет проводить статистические проверки уже существующей теории причинно-следственной связи. Например, наша степень уверенности в направлении и природе причинно-следственной связи значительно выше, когда она подтверждается кросс-корреляциями , моделями ARIMA или кросс-спектральным анализом с использованием векторных данных временных рядов, чем при использовании данных поперечного сечения .

Лауреат Нобелевской премии Герберт А. Саймон и философ Николас Решер [ 39 ] утверждают, что асимметрия причинно-следственной связи не связана с асимметрией любого способа контрапозиции. Скорее, причинно-следственная связь — это не связь между значениями переменных, а функция одной переменной (причины) на другую (следствие). Таким образом, имея систему уравнений и набор переменных, фигурирующих в этих уравнениях, мы можем ввести асимметричную связь между отдельными уравнениями и переменными, которая идеально соответствует нашему здравому представлению о причинно-следственном порядке. Система уравнений должна обладать определенными свойствами, наиболее важным из которых является то, что если некоторые значения выбраны произвольно, то остальные значения будут однозначно определены путем последовательного обнаружения, который является совершенно причинным. Они постулируют, что присущая такой системе уравнений сериализация может правильно отражать причинность во всех эмпирических областях, включая физику и экономику.

Некоторые теоретики приравнивают причинность к возможности манипулирования. Согласно этим теориям, x вызывает y только в том случае, если можно изменить x, чтобы изменить y . Это совпадает с общепринятыми представлениями о причинности, поскольку мы часто задаем вопросы о причинах, чтобы изменить какую-либо особенность мира. Например, нас интересует знание причин преступности , чтобы найти способы ее снижения.

Эти теории подвергались критике по двум основным основаниям. Во-первых, теоретики жалуются на то, что эти объяснения являются замкнутыми . Попытка свести причинно-следственные утверждения к манипуляции требует, чтобы манипуляция была более фундаментальной, чем причинно-следственное взаимодействие. Но описание манипуляций в некаузальных терминах представляет собой существенную трудность.

Вторая критика связана с опасениями по поводу антропоцентризма . Многим кажется, что причинно-следственная связь — это некая существующая в мире взаимосвязь, которую мы можем использовать для удовлетворения своих желаний. Если причинно-следственная связь отождествляется с манипуляцией, то эта интуиция теряется. В этом смысле это делает человека чрезмерно центральным звеном во взаимодействиях с миром.

Некоторые попытки защитить теории манипулятивности представляют собой недавние концепции, которые не претендуют на сведение причинности к манипуляции. Эти концепции используют манипуляцию как признак или характеристику причинности, не утверждая, что манипуляция более фундаментальна, чем причинность.

Некоторые теоретики заинтересованы в разграничении причинных и непричинных процессов (Рассел 1948; Салмон 1984). [ 45 ] [ 46 ] Эти теоретики часто хотят различать процесс и псевдопроцесс . Например, движение мяча в воздухе (процесс) противопоставляется движению тени (псевдопроцесс). Первый