Hva er Boltzmann-hjernens hypotese?

Boltzmann hjerner er en teoretisk prediksjon av Boltzmanns forklaring om tidens termodynamiske pil. Selv om Ludwig Boltzmann aldri diskuterte dette konseptet, kom de til da kosmologer brukte ideene hans om tilfeldige svingninger for å forstå universet som helhet.

Ludwig Boltzmann var en av grunnleggerne av feltet termodynamikk på det nittende århundre. Et av nøkkelbegrepene var andre lov om termodynamikk, som sier at entropi av en lukket system øker alltid. Siden universet er et lukket system, vil vi forvente at entropien vil øke over tid. Dette betyr at gitt mest mulig tid er universets mest sannsynlige tilstand en der alt er i termodynamisk likevekt, men vi tydelig finnes ikke i et univers av denne typen, for det er tross alt orden rundt oss i forskjellige former, ikke minst det faktum at vi eksistere.

Med dette i bakhodet kan vi anvende det antropiske prinsippet for å informere om vårt resonnement ved å ta hensyn til at vi faktisk eksisterer. Her blir logikken litt forvirrende, så vi kommer til å låne ordene fra et par mer detaljerte blikk på situasjonen. Som beskrevet av kosmolog Sean Carroll i "Fra evighet til her:"

Boltzmann påkalte det antropiske prinsippet (selv om han ikke kalte det det) for å forklare hvorfor vi ikke ville befinne oss i en av de veldig vanlige likevektsfasene: I likevekt kan ikke livet eksistere. Det vi ønsker å gjøre er å finne de vanligste forholdene i et slikt univers som er gjestfrie for livet. Eller, hvis vi ønsker å være mer forsiktige, bør vi kanskje se etter forhold som ikke bare er gjestfrie for livet, men gjestfritt for den bestemte typen intelligente og selvbevisste liv som vi liker å tro at vi er er ...

Vi kan ta denne logikken til den endelige konklusjonen. Hvis det vi ønsker er en enkelt planet, trenger vi absolutt ikke hundre milliarder galakser med hundre milliarder stjerner hver. Og hvis det vi ønsker er en enkelt person, trenger vi absolutt ikke en hel planet. Men hvis det vi ønsker er en enkelt intelligens, som er i stand til å tenke på verden, trenger vi ikke engang en hel person - vi trenger bare hans eller hennes hjerne.

Så reductio ad absurdum av dette scenariet er at det overveldende flertallet av intelligensene i denne mangfoldet vil være ensomme, demonterte hjerner, som gradvis svinger ut av det omkringliggende kaoset og deretter gradvis oppløses i det. Slike triste skapninger er blitt kalt "Boltzmann-hjerner" av Andreas Albrecht og Lorenzo Sorbo ...

I en artikkel fra 2004 diskuterte Albrecht og Sorbo "Boltzmann-hjerner" i essayet sitt:

For et århundre siden betraktet Boltzmann en "kosmologi" der det observerte universet bør betraktes som en sjelden fluktuasjon fra en viss likevektsstilstand. Forutsigelsen av dette synspunktet, ganske generisk, er at vi lever i et univers som maksimerer den totale entropien til systemet i samsvar med eksisterende observasjoner. Andre universer forekommer ganske enkelt som mye mer sjeldne svingninger. Dette betyr at så mye som mulig av systemet bør finnes i likevekt så ofte som mulig.

Fra dette synspunktet er det veldig overraskende at vi finner universet rundt oss i en så lav entropistilstand. Den logiske konklusjonen av denne resonnementslinjen er faktisk helt solipsistisk. Den mest sannsynlige svingningen i samsvar med alt du vet er ganske enkelt hjernen din (komplett med "minner" om Hubble Deep-felter, WMAP-data, osv.) Som flyter svakt ut av kaos og deretter like fullt ut igjen i kaos en gang til. Dette kalles noen ganger "Boltzmann's Brain" -paradoks.

Poenget med disse beskrivelsene er ikke å antyde at Boltzmann-hjerner faktisk eksisterer. Sånn som Schroedingers katt tankeeksperiment, er poenget med denne typen tankeeksperiment å strekke ting til det meste ekstrem konklusjon, som et middel til å vise potensielle begrensninger og mangler ved denne måten tenkning. Den teoretiske eksistensen av Boltzmann-hjerner lar deg bruke dem retorisk som et eksempel på noe absurd å manifestere seg av termodynamiske svingninger, som når Carroll sier "Det vil være tilfeldige svingninger i den termiske strålingen som fører til alle slags usannsynlige hendelser - inkludert den spontane generasjonen av galakser, planeter og Boltzmann-hjerner."

Nå som du forstår Boltzmann-hjernen som et begrep, må du imidlertid gå litt frem for å forstå "Boltzmann-hjerneparadokset" som er forårsaket av å anvende denne tankegangen i denne absurde grad. Igjen, som formulert av Carroll:

Hvorfor befinner vi oss i et univers som gradvis utvikler seg fra en tilstand med utrolig lav entropi, i stedet for å være isolerte skapninger som nylig svingte fra det omkringliggende kaoset?

Dessverre er det ingen klar forklaring på å løse dette... Derfor er det fortsatt klassifisert som et paradoks. Carrolls bok fokuserer på å prøve å løse spørsmålene den bringer fram entropi i universets og tidens kosmologiske pil.

Underholdende gjorde Boltzmann Brains det til populærkultur på et par forskjellige måter. De dukket opp som en rask vits i en Dilbert-tegneserie og som den fremmede inntrengeren i en kopi av "The Incredible Hercules."