Войти
Людвиг Больцман, в честь которого названы мозги Больцмана мозг Больцмана argum Предполагает, что более вероятно, что отдельный мозг спонтанно и на короткое время сформировался в пустоте (с ложным воспоминанием о существовании в нашей вселенной), чем возникновение Вселенной в том виде, в каком она на самом деле думает современная наука. сделал. Впервые это было предложено как reductio ad absurdum ответ на раннее объяснение Людвига Больцмана низкоэнтропийного состояния нашей Вселенной.
В этом физика мысленный эксперимент, мозг Больцмана - это полностью сформированный мозг, наполненный воспоминаниями о полноценной человеческой жизни в нашей вселенной, который возникает из-за чрезвычайно редких случайных колебаний из состояния термодинамическое равновесие. Теоретически в течение чрезвычайно большого, но не бесконечного промежутка времени по чистой случайности атомы в пустоте могут спонтанно объединиться таким образом, чтобы сформировать функционирующий человеческий мозг. Как и любой мозг в таких обстоятельствах, он почти сразу перестанет функционировать и начнет портиться.
Идея названа в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844–1906), который в 1896 году опубликовал теория, которая пыталась объяснить тот факт, что люди оказываются во вселенной, которая не так хаотична, как предсказывала зарождающаяся область термодинамики. Он предложил несколько объяснений, одно из которых заключалось в том, что Вселенная, даже полностью случайная (или находящаяся в тепловом равновесии ), спонтанно колеблется в сторону более упорядоченной (или низкой- энтропии ) штат. Одна из критических замечаний по поводу этой гипотезы «вселенной Больцмана» состоит в том, что наиболее распространенные тепловые флуктуации в целом максимально близки к равновесию; таким образом, по любому разумному критерию, наличие реальных людей в реальной Вселенной было бы гораздо менее вероятным, чем существование «мозгов Больцмана» в одиночку в пустой Вселенной.
Мозги Больцмана приобрели новую актуальность примерно в 2002 году, когда некоторые космологи начали обеспокоен тем, что во многих существующих теориях о Вселенной человеческий мозг в нынешней Вселенной, по-видимому, значительно превосходит по численности мозг Больцмана в будущей Вселенной, который, случайно, имеет точно такое же восприятие, как и люди; это приводит к выводу, что статистически люди, вероятно, являются мозгом Больцмана. Такой аргумент reductio ad absurdum иногда используется, чтобы выступить против определенных теорий Вселенной. Применительно к более поздним теориям о мультивселенной аргументы мозга Больцмана являются частью нерешенной проблемы измерения космологии. Мозг Больцмана остается мысленным экспериментом; физики не верят, что люди на самом деле являются мозгом Больцмана, а скорее используют мысленный эксперимент как инструмент для оценки конкурирующих научных теорий.
В 1896 году математик Эрнст Цермело выдвинул теорию, согласно которой второй закон термодинамики была абсолютной, а не статистической. Цермело поддержал свою теорию, указав, что теорема Пуанкаре о возвращении показывает, что статистическая энтропия в замкнутой системе в конечном итоге должна быть периодической функцией; поэтому второй закон, который всегда увеличивает энтропию, вряд ли будет статистическим. Чтобы опровергнуть аргумент Цермело, австрийский физик Людвиг Больцман выдвинул две теории. Первая теория, которая сейчас считается правильной, заключается в том, что Вселенная началась по неизвестной причине в состоянии с низкой энтропией. Вторая и альтернативная теория, опубликованная в 1896 году, но приписываемая в 1895 году помощнику Больцмана Игнацу Шютцу, представляет собой сценарий «вселенной Больцмана». В этом сценарии Вселенная проводит большую часть вечности в безликом состоянии тепловой смерти ; однако, в течение достаточного количества эпох, в конечном итоге произойдет очень редкая тепловая флуктуация, когда атомы отскакивают друг от друга точно таким образом, чтобы сформировать субструктуру, эквивалентную всей наблюдаемой нами Вселенной. Больцманн утверждает, что, хотя большая часть Вселенной лишена каких-либо черт, люди не видят эти области, потому что они лишены разумной жизни; Для Больцмана ничем не примечательно то, что человечество рассматривает только внутреннюю часть своей Больцмановской вселенной, поскольку это единственное место, где живет разумная жизнь. (Это может быть первое использование в современной науке антропного принципа ).
. В 1931 году астроном Артур Эддингтон указал, что, поскольку большая флуктуация экспоненциально менее вероятна, чем небольшая флуктуация, наблюдатели во вселенных Больцмана будет значительно превосходить число наблюдателей с меньшими колебаниями. Физик Ричард Фейнман опубликовал аналогичный контраргумент в своих широко читаемых лекциях Фейнмана по физике 1964 года . К 2004 году физики выдвинули Эддингтона. наблюдение до своего логического вывода: самые многочисленные наблюдатели в вечности тепловых флуктуаций будут минимальными «мозгами Больцмана», появляющимися в безликой вселенной.
В конечном состоянии Вселенной эргодической «тепловой смерти», при наличии достаточного количества времени каждая возможная структура (включая все возможные мозги) формируется посредством случайных колебаний. Временной масштаб для этого связан с временем повторения Пуанкаре. Мысль в стиле Больцмана Эти эксперименты сосредоточены на таких структурах, как человеческий мозг, которые предположительно являются самосознательными наблюдателями. Принимая во внимание любые произвольные критерии того, что составляет мозг Больцмана (или планету, или вселенную), более мелкие структуры, которые минимально и почти не соответствуют критериям, значительно и экспоненциально встречаются чаще, чем более крупные структуры; Грубая аналогия состоит в том, как вероятность того, что настоящее английское слово появится, когда вы встряхнете коробку с буквами Scrabble, больше, чем вероятность того, что будет сформировано целое английское предложение или абзац. Средняя шкала времени, необходимая для формирования мозга Больцмана, значительно превышает нынешний возраст Вселенной. В современной физике мозг Больцмана может быть сформирован либо квантовой флуктуацией, либо тепловой флуктуацией, обычно включающей зародышеобразование.
посредством Согласно одному расчету, мозг Больцмана проявится как квантовое колебание в вакууме через промежуток времени в 
Текущие данные свидетельствуют о том, что вакуум, пронизывающий наблюдаемую Вселенную, не является пространством Минковского, а скорее пространство де Ситтера с положительной космологической постоянной. В вакууме де Ситтера (но не в вакууме Минковского) мозг Больцмана может формироваться путем зарождения невиртуальных частиц, постепенно собранных случайно из излучения Хокинга, испускаемого из ограниченного пространства де Ситтера. космологический горизонт. По одной оценке, среднее время, необходимое для зарождения, составляет около 
Теоретически мозг Больцмана также может образоваться, хотя опять же с крошечная вероятность в любой момент в ранней Вселенной, где преобладала материя.
Большинство космологов полагают, что если теория предсказывает, что мозг Больцмана значительно превосходит по численности мозг нормального человека, тогда это признак того, что с теорией что-то не так. Шон Кэрролл заявляет: «Мы не утверждаем, что мозг Больцмана существует - мы пытаемся избежать их». Кэрролл заявил, что гипотеза о том, что вы являетесь мозгом Больцмана, приводит к «когнитивной нестабильности». Поскольку, как он утверждает, для формирования вашего мозга потребуется больше времени, чем нынешний возраст Вселенной, и, тем не менее, вы думаете, что наблюдаете, что существуете в более молодой Вселенной, это показывает, что ваши воспоминания и процессы мышления были бы ненадежными, если бы вы на самом деле мозг Больцмана. Сет Ллойд заявил, что «они не проходят тест Монти Пайтона : Прекрати! Это слишком глупо!» Журналист New Scientist резюмирует, что «отправной точкой для нашего понимания Вселенной и ее поведения является то, что люди, а не бестелесный мозг, являются типичными наблюдателями».
Некоторые утверждают, что мозг создается с помощью квантовые флуктуации и, возможно, даже мозги, образовавшиеся в результате зарождения в вакууме де Ситтера, не считаются наблюдателями. Квантовые флуктуации легче исключить, чем зародыши мозга, поскольку квантовые флуктуации легче нацелить на простые критерии (например, отсутствие взаимодействия с окружающей средой на бесконечности).
Некоторые космологи считают, что лучшее понимание степени свободы в квантовом вакууме из теории голографических струн могут решить проблему мозга Больцмана.
Брайан Грин заявляет: «Я уверен, что я не Больцман. Однако мы хотим, чтобы наши теории сходным образом соглашались с тем, что мы не являемся мозгами Больцмана, но до сих пор им это оказалось на удивление трудно ».
В единой Вселенной де Ситтера с космологической постоянной и начиная с любого конечного пространственного среза количество «нормальных» наблюдателей конечно и ограничено тепловой смертью Вселенной. Если Вселенная существует вечно, количество зародившихся мозгов Больцмана в большинстве моделей бесконечно; космологи, такие как Алан Гут, опасаются, что это может сделать «бесконечно маловероятным, чтобы у нас был нормальный мозг». Одно предостережение заключается в том, что если Вселенная представляет собой ложный вакуум, который локально распадается на пространство Минковского или Big Crunch -связанное пространство анти-де Ситтера менее чем за 20 миллиардов лет, то можно избежать бесконечного зарождения Больцмана. (Если средняя скорость локального распада ложного вакуума превышает 20 миллиардов лет, зарождение мозга Больцмана все еще бесконечно, поскольку Вселенная увеличивается в размерах быстрее, чем локальный вакуумный коллапс разрушает части Вселенной в будущих коллапсах световые конусы ). Предлагаемые гипотетические механизмы для разрушения Вселенной в течение этого периода времени варьируются от сверхтяжелого гравитино до более тяжелого, чем наблюдаемое, топ-кварка, вызывающего "смерть Хиггса ".
Если космологической постоянной не существует, и если в настоящее время наблюдаемая энергия вакуума исходит из квинтэссенции, которая в конечном итоге полностью рассеется, тогда можно также избежать бесконечного зародышеобразования Больцмана.
Один класс В решении проблемы мозга Больцмана используются разные подходы к проблеме меры в космологии: в бесконечных теориях мультивселенной отношение нормальных наблюдателей к мозгу Больцмана зависит от того, как взяты бесконечные пределы.Могут быть выбраны меры, позволяющие избежать заметной доли мозга Больцмана. В отличие от случая единственной вселенной, одна проблема в поиске глобального решения в вечной инфляции состоит в том, что все возможные струнные ландшафты должны быть суммированы; в некоторых измерениях, имея даже небольшую долю вселенных Благодаря мозгам Больцмана в измерении мультивселенной в целом доминирует мозг Больцмана.
Проблема измерения в космологии также связана с соотношением нормальных наблюдателей и аномально ранних наблюдателей. В таких измерениях, как мера собственного времени, которые страдают от крайней проблемы «молодости», типичным наблюдателем является «младенец Больцмана», образованный редкими колебаниями в чрезвычайно горячей, ранней Вселенной.
В сценариях мозга Больцмана отношение мозга Больцмана к «нормальным наблюдателям» астрономически велико. Практически любое соответствующее подмножество мозга Больцмана, такое как «мозги, встроенные в функционирующие тела», «наблюдатели, которые считают, что они воспринимают 3-килобайтное микроволновое фоновое излучение через телескопы», «наблюдатели, у которых есть память о связном опыте» или «наблюдатели, та же серия опытов, что и я ", также значительно превосходящая числом" нормальных наблюдателей ". Следовательно, в соответствии с большинством моделей сознания неясно, можно ли с уверенностью заключить, что вы не являетесь таким «наблюдателем Больцмана» в случае, когда мозг Больцмана доминирует во Вселенной. Даже в моделях сознания "экстернализм содержания " количество наблюдателей Больцмана, живущих в постоянных колебаниях размеров Земли в течение последних нескольких лет, превышает численность "нормальных наблюдателей", порожденных до "тепловой смерти" Вселенной.
Как было сказано ранее, у большинства голов Больцмана есть «ненормальные» переживания; Фейнман указал, что, если кто-то знает, что является типичным мозгом Больцмана, нельзя ожидать продолжения «нормальных» наблюдений в будущем. Другими словами, во Вселенной, в которой доминирует Больцман, большинство мозгов Больцмана имеют «ненормальные» переживания, но большинство наблюдателей с только «нормальным» переживанием - это мозги Больцмана из-за огромной численности населения мозгов Больцмана в такой Вселенной. 119>
