Hvad er Boltzmann-hjernens hypotese?

Boltzmann-hjerner er en teoretisk forudsigelse af Boltzmanns forklaring om tidens termodynamiske pil. Selvom Ludwig Boltzmann selv aldrig diskuterede dette koncept, skabte de det, da kosmologer anvendte hans ideer om tilfældige udsving for at forstå universet som helhed.

Ludwig Boltzmann var en af ​​grundlæggerne af området termodynamik i det nittende århundrede. Et af de vigtigste begreber var anden lov om termodynamik, der siger, at entropi af en lukket system stiger altid. Da universet er et lukket system, forventer vi, at entropien stiger over tid. Dette betyder, at den mest sandsynlige tilstand i universet, givet nok tid, er en, hvor alt er i termodynamisk ligevægt, men vi findes ikke i et univers af denne type, da der trods alt er orden rundt omkring os i forskellige former, ikke mindst den kendsgerning, at vi eksisterer.

Med dette i tankerne kan vi anvende det antropiske princip for at informere vores ræsonnement ved at tage hensyn til, at vi faktisk eksisterer. Her bliver logikken lidt forvirrende, så vi får låne ordene fra et par mere detaljerede kig på situationen. Som beskrevet af kosmolog Sean Carroll i "Fra evigheden til her:"

Boltzmann påkaldte det antropiske princip (selvom han ikke kalder det det) for at forklare, hvorfor vi ikke ville finde os i en af ​​de meget almindelige ligevægtsfaser: I ligevægt kan livet ikke eksistere. Det, vi gerne vil gøre, er klart, at vi finder de mest almindelige forhold i et sådant univers, der er gæstfri for livet. Eller, hvis vi ønsker at være mere forsigtige, bør vi måske se efter forhold, som ikke kun er gæstfri livet, men gæstfri til den bestemte slags intelligente og selvbevidste liv, som vi kan lide at tro, at vi er er...

Vi kan tage denne logik til dens endelige konklusion. Hvis det, vi ønsker, er en enkelt planet, har vi bestemt ikke brug for hundrede milliarder galakser med hundrede milliarder stjerner hver. Og hvis det, vi ønsker, er en enkelt person, har vi bestemt ikke brug for en hel planet. Men hvis vi faktisk ønsker en enkelt intelligens, der er i stand til at tænke over verden, har vi ikke engang brug for en hel person - vi har bare brug for hans eller hendes hjerne.

Så reductio ad absurdum af dette scenarie er, at det overvældende flertal af intelligenser i denne multiverse vil være ensomme, disembodierede hjerner, som gradvist svinger ud af det omkringliggende kaos og derefter gradvist opløses ind i det. Sådanne triste væsener er blevet kaldt "Boltzmann hjerner" af Andreas Albrecht og Lorenzo Sorbo ...

I et papir fra 2004 diskuterede Albrecht og Sorbo "Boltzmann-hjerner" i deres essay:

For et århundrede siden betragtede Boltzmann en ”kosmologi”, hvor det observerede univers skulle betragtes som en sjælden fluktuation fra en eller anden ligevægtstilstand. Forudsigelsen af ​​dette synspunkt, ganske generisk, er, at vi lever i et univers, der maksimerer den samlede entropi af systemet, der er i overensstemmelse med eksisterende observationer. Andre universer forekommer ganske enkelt som meget mere sjældne udsving. Dette betyder, at så meget som muligt af systemet skal findes i ligevægt så ofte som muligt.

Fra dette synspunkt er det meget overraskende, at vi finder universet omkring os i en så lav entropistilstand. Faktisk er den logiske konklusion af denne tankegang helt solipsistisk. Den mest sandsynlige udsving, der er i overensstemmelse med alt hvad du kender, er simpelthen din hjerne (komplet med "minder" om Hubble Deep-felter, WMAP-data osv.) Flydende flydende ud af kaos og derefter ækvilibreres straks tilbage til kaos igen. Dette kaldes undertiden "Boltzmann's Brain" -paradoks.

Pointen med disse beskrivelser er ikke at antyde, at Boltzmann-hjerner faktisk eksisterer. Slags ligesom Schroedinger's kat tankeeksperiment, pointen med denne slags tankeeksperiment er at strække ting ud til deres mest ekstrem konklusion, som et middel til at vise de potentielle begrænsninger og mangler ved denne måde tænkning. Den teoretiske eksistens af Boltzmann-hjerner giver dig mulighed for at bruge dem retorisk som et eksempel på noget absurd at manifestere sig af termodynamiske udsving, som når Carroll siger "Der vil være tilfældige udsving i den termiske stråling, der fører til alle mulige usandsynlige begivenheder - inklusive den spontane generation af galakser, planeter og Boltzmann-hjerner."

Nu hvor du forstår Boltzmann-hjerner som et begreb, er du dog nødt til at gå lidt videre med at forstå "Boltzmann-hjerneparadokset", der er forårsaget af at anvende denne tænkning i denne absurde grad. Igen, som formuleret af Carroll:

Hvorfor befinder vi os i et univers, der gradvist udvikler sig fra en tilstand af utroligt lav entropi, snarere end at være isolerede væsener, der for nylig svingede fra det omkringliggende kaos?

Desværre er der ingen klar forklaring på at løse dette... Derfor er det stadig klassificeret som et paradoks. Carrolls bog fokuserer på at forsøge at løse de spørgsmål, den bringer op entropi i universets og tidens kosmologiske pil.

Underholdende gjorde Boltzmann Brains det til populærkulturen på et par forskellige måder. De dukkede op som en hurtig joke i en Dilbert-tegneserie og som den fremmede invaderer i en kopi af "The Incredible Hercules."