宇宙总是向无序发展，它会凭空冒出大脑吗？|宇宙学|物理学家|粒子

宇宙总是向无序发展，它会凭空冒出大脑吗？

2017-06-16 18:16:25　来源: 《科学美国人》中文版《环球科学》举报

分享至

玻尔兹曼认为，熵的涨落应该会出现创造出低熵的有序产物——一个孤单的大脑。

（原标题：宇宙中会凭空冒出大脑吗？）

纵观宇宙学的历史，其中不乏稀奇古怪的想法，波尔兹曼大脑无疑是最最诡异的想法之一。该假说认为，高度有序的人类大脑是由熵的随机涨落产生的，因此人的意识也是粒子自发、随机排列的结果。

如果这个理论让你有些失望，那么好消息是——至少有一位物理学家认为，人类的大脑不应该就这么随随便便地凭空出现。

理论物理学家Sean Carroll提出，我们应当拒绝接受任何一个会发展出像玻尔兹曼大脑这样荒诞的存在的宇宙模型。

无序宇宙中突现有序大脑

人类的意识在粒子的随机排列中自发形成——这听起来更像是上世纪中期科幻故事里俗套而疯狂的设定，但其背后确有逻辑基础。该理论由十九世纪物理学家Ludwig Boltzmann提出。他认为，我们所处的宇宙是极难产生的。因为根据热力学第二定律（熵增定律），一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小，事物倾向于由有序向无序发展。

这便引出了一个有趣的问题：如果如热力学定律所说，宇宙总是向无序发展，那么为什么会产生像人类意识这样高度有序的存在呢？

一种答案是人择原理：物质宇宙必须与能够观测它的智能生命相匹配。人类的大脑拥有自我意识，可以思考自己为何存在，因而我们所处的宇宙必须是一个特殊的宇宙，拥有特定的参数和物理定律，允许人类大脑的形成。这就像是Douglas Adams （科幻作家，代表作：《银河系漫游指南》）的水坑自述：

“我发现我处于一个有趣的世界——或者说是一个有趣的洞——它相当适合我，实际上，可以说是惊人地适合我的存在，这个洞一定是特意为我打造的！”

玻尔兹曼的想法与人择原理有些不同。他认为我们的意识（连同记忆）是熵的随机涨落与漫长时间共同作用的结果，而非熵增宇宙中反常的有序产物。

玻尔兹曼认为，高度有序的宇宙来源于熵的涨落，那么涨落中也应该会出现许多低熵（有序）的自我意识，比如一个孤单的大脑。这种孤单的大脑就被命名为波尔兹曼大脑。

而如果时间足够长，拥有自我意识的观察者（波尔兹曼大脑）就可以凭空出现。这就像让一只猴子在打字机上随意敲键盘，只要不停地敲下去，它必然能够敲出莎士比亚的著作（无限猴子定理）。

诡异的是，即使你接受人择原理，理论上说，你仍然更可能是个玻尔兹曼大脑。因为在漫长的岁月里，随机产生的意识比任何其他结果（经过特殊的设计或安排）都要多。所以就统计学而言，波尔兹曼大脑假说更为保险。换句话说，你最可能是凭空出现的。

荒诞大脑甄别宇宙理论

显然，很多人都认为“波尔兹曼大脑”有点离谱，但是要通过逻辑推理证明它是错的可没那么容易。而Carroll提出了一个相当简单的论据来论证，我们应当抛弃所有能够产生像玻尔兹曼大脑这样令人毛骨悚然的观察者的宇宙模型。

假设你就是一个玻尔兹曼大脑，那么，需要远远不止138.2亿年（译注：宇宙年龄）的时间，你才会是你。因此如果波尔兹曼大脑假说正确，那我们的观测结果就是错误的，于是我们便无法相信自己对宇宙运行方式的观察结果，“无法相信我们关于过去的记忆是准确的，”Carroll如是说。

考虑到人类大脑可能在理解宇宙规律的过程中犯各种错误，同理，玻尔兹曼大脑也可能犯错误，这就产生了悖论：除非你的观察、记忆是错的，否则你不可能是你。

Carroll把由这种悖论称为“认知不稳定性”（cognitive instability），并且提出，如果相关的数学计算不支持玻尔兹曼大脑的存在，那么我们就应当排除那些能够产生波尔兹曼大脑的模型。