Czym jest hipoteza mózgów Boltzmanna?

Czy nasz świat jest halucynacją wywołaną termodynamiką?

Daderot i en.wikipedia (CC-BY-SA-3.0) Wikimedia Commons

Mózgi Boltzmanna to teoretyczna prognoza wyjaśnienia Boltzmanna na temat termodynamicznej strzałki czasu. Chociaż sam Ludwig Boltzmann nigdy nie omawiał tej koncepcji, pojawiły się one, gdy kosmologowie zastosowali jego idee dotyczące losowych fluktuacji, aby zrozumieć wszechświat jako całość.

Tło mózgu Boltzmanna

Ludwig Boltzmann był jednym z założycieli pola termodynamika w dziewiętnastym wieku. Jednym z kluczowych pojęć było druga zasada termodynamiki , który mówi, że entropia z zamknięty system zawsze wzrasta. Ponieważ wszechświat jest układem zamkniętym, spodziewalibyśmy się, że entropia z czasem wzrośnie. Oznacza to, że przy odpowiedniej ilości czasu najbardziej prawdopodobny stan wszechświata to taki, w którym wszystko jest w równowadze termodynamicznej, ale wyraźnie nie istniejemy we wszechświecie tego typu, ponieważ przecież wokół nas panuje porządek w różne formy, z których nie najmniej ważnym jest fakt, że istniejemy.

Mając to na uwadze, możemy zastosować zasadę antropiczną, aby wzmocnić nasze rozumowanie, biorąc pod uwagę, że w rzeczywistości istniejemy. Tutaj logika staje się nieco zagmatwana, więc pożyczymy słowa z kilku bardziej szczegółowych spojrzeń na sytuację. Jak opisał kosmolog Sean Carroll w „From Eternity to Here”:

Przywołany Boltzmann zasada antropiczna (chociaż nie nazwał tego tak), aby wyjaśnić, dlaczego nie znaleźlibyśmy się w jednej z bardzo powszechnych faz równowagi: W równowadze życie nie może istnieć. Oczywiście to, co chcemy zrobić, to znaleźć w takim wszechświecie najczęstsze warunki sprzyjające życiu. Lub, jeśli chcemy być bardziej ostrożni, może powinniśmy szukać warunków, które są nie tylko sprzyjające życiu, ale także sprzyjające szczególnemu rodzajowi inteligentnego i świadomego życia, o którym lubimy myśleć, że jesteśmy...

Możemy doprowadzić tę logikę do ostatecznego wniosku. Jeśli chcemy jednej planety, z pewnością nie potrzebujemy stu miliardów galaktyk, z których każda zawiera sto miliardów gwiazd. A jeśli chcemy jednej osoby, z pewnością nie potrzebujemy całej planety. Ale jeśli tak naprawdę to, czego pragniemy, to jedna inteligencja, zdolna do myślenia o świecie, nie potrzebujemy nawet całej osoby – potrzebujemy tylko jej mózgu.

Więc redukcja do absurdu tego scenariusza jest to, że przytłaczająca większość inteligencji w tym multiwszechświecie będzie samotnymi, bezcielesnymi mózgami, które stopniowo wychodzą z otaczającego chaosu, a następnie stopniowo rozpuszczają się z powrotem w nim. Takie smutne stworzenia nazwali „mózgami Boltzmanna” Andreas Albrecht i Lorenzo Sorbo....

W artykule z 2004 roku Albrecht i Sorbo omówili w swoim eseju „mózgi Boltzmanna”:

Sto lat temu Boltzmann rozważał kosmologię, w której obserwowany wszechświat powinien być traktowany jako rzadka fluktuacja poza stanem równowagi. Przewidywanie tego punktu widzenia, całkiem ogólnie, jest takie, że żyjemy we wszechświecie, który maksymalizuje całkowitą entropię układu zgodnie z istniejącymi obserwacjami. Inne wszechświaty występują po prostu jako znacznie rzadsze fluktuacje. Oznacza to, że jak najwięcej układu powinno znajdować się w równowadze tak często, jak to możliwe.

Z tego punktu widzenia jest bardzo zaskakujące, że otaczający nas wszechświat znajduje się w stanie tak niskiej entropii. W rzeczywistości logiczny wniosek tego toku rozumowania jest całkowicie solipsystyczny. Najbardziej prawdopodobną fluktuacją spójną ze wszystkim, co wiesz, jest po prostu twój mózg (wraz ze wspomnieniami pól Głębin Hubble'a, danymi WMAP, itp.), który na krótko wyłania się z chaosu, a następnie natychmiast powraca do stanu równowagi. Jest to czasami nazywane paradoksem mózgu Boltzmanna.

Celem tych opisów nie jest sugerowanie, że mózgi Boltzmanna rzeczywiście istnieją. Coś w rodzaju Kot Schroedingera eksperyment myślowy, celem tego rodzaju eksperymentu myślowego jest rozciągnięcie rzeczy do ich najbardziej skrajnych wniosków, jako sposób na ukazanie potencjalnych ograniczeń i wad tego sposobu myślenia. Teoretyczne istnienie mózgów Boltzmanna pozwala używać ich retorycznie jako przykładu czegoś absurdalnego, co przejawia się w fluktuacjach termodynamicznych, jak wtedy, gdy Carroll mówi: Będą losowe fluktuacje promieniowania cieplnego, które prowadzą do wszelkiego rodzaju nieprawdopodobnych wydarzeń – w tym spontanicznego generowania galaktyk, planet i mózgów Boltzmanna. '

Teraz, kiedy już rozumiesz mózg Boltzmanna jako koncepcję, musisz trochę przejść do zrozumienia „paradoksu mózgu Boltzmanna”, który jest spowodowany stosowaniem tego myślenia do tego absurdalnego stopnia. Ponownie, jak sformułował Carroll:

Dlaczego znajdujemy się we wszechświecie ewoluującym stopniowo ze stanu niewiarygodnie niskiej entropii, zamiast być odizolowanymi stworzeniami, które ostatnio zmieniały się z otaczającego chaosu?

Niestety, nie ma jasnego wyjaśnienia, jak rozwiązać ten problem… dlatego nadal jest to klasyfikowane jako paradoks. Książka Carrolla koncentruje się na próbach odpowiedzi na pytania, które porusza entropia we wszechświecie i kosmologiczna strzała czasu .

Kultura popularna i mózgi Boltzmanna

Co zabawne, Boltzmann Brains trafił do kultury popularnej na kilka różnych sposobów. Pojawili się jako szybki żart w komiks Dilbert oraz jako obcy najeźdźca w egzemplarzu „Niesamowitego Herkulesa”.