Kausalitetens natur undersöks systematiskt inom flera akademiska discipliner, inklusive filosofi och fysik.
I den akademiska världen finns det ett stort antal teorier om kausalitet; The Oxford Handbook of Causation (Beebee, Hitchcock & Menzies 2009) omfattar 770 sidor. Bland de mer inflytelserika teorierna inom filosofin finns Aristoteles fyra orsaker och Al-Ghazalis occasionalism. David Hume hävdade att uppfattningar om kausalitet bygger på erfarenhet, och erfarenheten bygger på samma sätt på antagandet att framtiden modellerar det förflutna, vilket i sin tur bara kan bygga på erfarenhet – vilket leder till cirkulär logik. Sammanfattningsvis hävdade han att kausalitet inte bygger på faktiska resonemang: endast korrelation kan faktiskt uppfattas. Immanuel Kant ansåg enligt Beebee, Hitchcock & Menzies (2009) att ”en kausalprincip enligt vilken varje händelse har en orsak, eller följer enligt en kausal lag, inte kan fastställas genom induktion som ett rent empiriskt påstående, eftersom den då skulle sakna strikt universalitet eller nödvändighet”.
Utanför filosofins område kan teorier om orsakssamband identifieras inom klassisk mekanik, statistisk mekanik, kvantmekanik, rymdtidsteorier, biologi, samhällsvetenskap och juridik. För att fastställa att en korrelation är kausal inom fysiken, förstås normalt att orsaken och effekten måste kopplas samman genom en lokal mekanism (jfr. t.ex. begreppet påverkan) eller en icke-lokal mekanism (jfr. begreppet fält), i enlighet med kända naturlagar.
Från termodynamikens synvinkel har universella egenskaper hos orsaker jämfört med effekter identifierats genom termodynamikens andra lag, vilket bekräftar den antika, medeltida och cartesianska uppfattningen att ”orsaken är större än effekten” för det särskilda fallet med termodynamisk fri energi. Detta utmanas i sin tur av populära tolkningar av begreppen icke-linjära system och fjärilseffekten, där små händelser orsakar stora effekter på grund av, respektive, oförutsägbarhet och en osannolik utlösning av stora mängder potentiell energi.
Kausalitet konstruerad utifrån kontrafaktiska tillståndRedigera
Intuitivt tycks kausalitet kräva inte bara en korrelation, utan ett kontrafaktiskt beroende. Anta att en elev presterade dåligt på ett prov och gissar att orsaken var att han inte pluggade. För att bevisa detta tänker man på det kontrafaktiska – samma elev skriver samma prov under samma omständigheter men har studerat kvällen innan. Om man kunde spola tillbaka historien och ändra endast en liten sak (att få studenten att studera inför provet) skulle man kunna observera orsakssambandet (genom att jämföra version 1 med version 2). Eftersom man inte kan spola tillbaka historien och spela upp händelserna på nytt efter att ha gjort små kontrollerade ändringar, kan man bara dra slutsatser om orsakssamband, men aldrig veta exakt. Detta kallas det grundläggande problemet med orsaksslutsatser – det är omöjligt att direkt observera kausala effekter.
Ett viktigt mål för vetenskapliga experiment och statistiska metoder är att så bra som möjligt närma sig det kontrafaktiska tillståndet i världen. Man skulle till exempel kunna göra ett experiment med enäggstvillingar som man visste att de konsekvent fick samma betyg på sina prov. Den ena tvillingen skickas till studier i sex timmar medan den andra skickas till nöjesparken. Om deras provresultat plötsligt skiljer sig åt i stor utsträckning skulle detta vara ett starkt bevis för att studier (eller att gå till nöjesparken) har en kausal effekt på provresultaten. I det här fallet skulle en korrelation mellan studier och provresultat nästan säkert innebära ett orsakssamband.
Väldesignade experimentella studier ersätter jämlikhet mellan individer som i det föregående exemplet med jämlikhet mellan grupper. Målet är att konstruera två grupper som är likadana med undantag för den behandling som grupperna får. Detta uppnås genom att välja ut försökspersoner från en enda population och slumpmässigt fördela dem till två eller flera grupper. Sannolikheten för att grupperna beter sig likadant (i genomsnitt) ökar med antalet försökspersoner i varje grupp. Om grupperna i huvudsak är likvärdiga med undantag för den behandling de får, och en skillnad i utfallet för grupperna observeras, utgör detta bevis för att behandlingen är ansvarig för utfallet, eller med andra ord att behandlingen orsakar den observerade effekten. En observerad effekt kan dock också orsakas ”av slumpen”, t.ex. som ett resultat av slumpmässiga störningar i populationen. Statistiska tester finns för att kvantifiera sannolikheten för att felaktigt dra slutsatsen att en observerad skillnad existerar när den i själva verket inte gör det (se t.ex. P-värde).