玻爾茲曼大腦(玻爾茲曼大腦悖論)

如何解釋「玻爾茲曼大腦」?

玻爾茲曼大腦為我們描述了宇宙中一種孤單的大腦，在宇宙空間中存在著熵，而熵是分低熵和高熵的，就在熵起落的狀態里面就存在著許多低熵的自我意識，這種自我意識就是玻爾茲曼大腦，也就是宇宙中獨有的意識流。

同時，玻爾茲曼認為，已知宇宙更有可能是一個高熵宇宙的漲落，這里涉及到復雜的量子力學。雖然大部分科學家認為這種觀點是錯誤的，未必存在這種狀態的宇宙，但是也不能完全否定它存在的可能性。

這樣一來，已知宇宙的出現就是一個巧合，而生命發展的規律其實也是在抵抗熵增，所以我們也有可能是一種低熵狀態，人類就是巧合中的巧合，因為自我意識的出現本身就是宇宙中最難解釋的事情。

實際上，玻爾茲曼也認為，既然人類都有可能出現自我意識。相對來說，宇宙中存在獨立自我意識體的情況更有可能，它們同樣看不見也摸不著，并且是一種特殊的“大腦”。

什么是玻耳茲曼大腦?

玻爾茲曼大腦是可以看作宇宙中漂浮的擁有自我意識的裸大腦。注意,不是《三體》中云天明的只送大腦,而是只有大腦。玻爾茲曼是統計物理學的奠基人。他已經知道,生命是一種低熵態(也就是十分有序的狀態)。根據熵增加原理,在一個孤立體系中,有序狀態很容易演化成亂七八糟的無序狀態(例如,一盒牙簽掉在地上會變得亂七八糟)。既然如此,那么我們在宇宙中觀察到的生命(包括我們自己),又是如何產生的呢?難道這些有序狀態是憑空冒出來的嗎?對.玻爾茲曼認為確實可以憑空冒出來。因為在一個亂七八糟的無序體系中,每個地方的混亂程度是不一樣的,而且會不斷變化。這就是漲落。如果一個體系非常大(例如,一個體系擁有海量的牙簽),雖然它整體上處于平衡態,但它的局部還是可以漲落出有序的狀態。(例如,把幾百萬億盒牙簽摔在地上,總會有一些牙簽較為整齊地排列在一起。)假如宇宙是一個巨大的平衡態體系,其中有著數不勝數的粒子,那么這些粒子總可以漲落出一些比較有序的狀態,使生命得以產生,最終演化出像我們一樣的智慧生命。但是,玻爾茲曼的另一項發現表明,這種漲落的概率有的大,有的小。如果一個漲落的熵值很大(不太有序),它產生的概率就相對較高。如果一個漲落的熵值很小,它產生的概率就較低。把兩個問題放在一起看就會產生一個可怕的結論。一個有自我意識的有大腦的活人,和一個有自我意識的裸大腦相比,活人更加復雜精密,有序度更高,熵值較小,產生的概率較低。反之,裸大腦相對簡單,有序度較低,熵值較大,產生的概率較高。既然概率較低的人類已經出現了,那么是否意味著宇宙中正漂浮著數量比人類多得多的擁有自我意識的裸大腦呢?既然裸大腦的數量遠遠超過人類,為什么我們至今沒有發現呢?既然裸大腦擁有自我意識,我們怎么知道我們現在的意識是真實的,還是裸大腦的一個“黃粱美夢”呢?顯然,玻爾茲曼的推理用到許多條件,其中一些條件在真實的宇宙中是不成立的。但是,玻爾茲曼大腦是一個好用的模型,可以幫助理論物理學家指導和檢驗某個宇宙學模型的完備性和合理性。例如,研究玻爾茲曼大腦的文章往往是這樣的題目:《宇宙學常數在微擾中的意義》,《宇宙擔負的起暴脹嗎》,《我們的宇宙是否會在200億年的時間內衰變》,《徹底理解弦景觀,玻爾茲曼大腦和宇宙學常數的意義》等等。(詳見《宇宙之書》)

玻爾茲曼大腦是什么？為何會這么恐怖？

所謂的“玻爾茲曼大腦”就是把宇宙設想成一種從高熵狀態不斷膨脹收縮的過程，假如這個理論成立的話，那么宇宙中就會“危險重重”，隨時都有可能出現一些具有大規模殺傷力的獨立意志物體，因此，讓人感覺非常恐怖。

我們都知道，盡管現如今人類的科技水平隨著時間的推移不斷進步，但是，自然界的很多現象，仍然困擾著無數學者，是我們迄今為止還難以解決的一些問題。比如說，神秘的“熵增定律”。

熵，是宇宙中各類現象和規律存在的法則，也是我們所目睹的三維世界中，一切物質的基礎。因此，上世紀著名物理學家愛因斯坦，將其稱之為“宇宙第一定律”，認為它歸納了宇宙里的種種變化。從熵的角度看來，所有變化的出現，其實都是已經注定好了的；

生命，就是“高熵宇宙”的一種體現。而在十九世紀物理學家玻爾茲曼的構想里，熵增，還解釋了宇宙另外一個非常恐怖的事實。就是，整個宇宙，類似于人類的一個大腦；而生命和星體，就是大腦中出現的隨機意識。

當然，盡管宇宙本質上類似于大腦，但是它和我們人類的“腦回路”肯定存在著非常大的區別。在玻爾茲曼的眼中，這更像一個已經設定好了進程的代碼；但是運行結果不為人所知。因此，宇宙中可能因為“熵增現象”；

產生許多我們意料之外的造物，并且，這種狀態從來沒有停止過，從宇宙邊界仍然在膨脹，星系仍然在不斷誕生中就能看出。

而且，因為“熵增”出現的新物質，它的粒子排列組合是完全隨機的。這也就是說，宇宙中隨時都有可能突然冒出來一個具有毀滅所有文明能力的“大規模殺傷性武器”，這個武器還有可能具有著自我意識。

聽起來，的確很細思恐極！

波爾茲曼大腦是啥？它真的存在嗎？

導讀：一般認為，人類的大腦是意識的載體，而意識很可能是140億個腦細胞之間信息傳遞的產物。而在浩瀚的宇宙中，有著太多人類所不了解的事情，甚至有可能存在巨大的意識體，這就是波爾茲曼大腦！

根據熱力學第二定律的描述，宇宙的熵只會增加不會減少，所以科學家們認為我們的宇宙處于一個低熵態，同時也認為宇宙的起源便是低熵態，然而這種說法似乎有點牽強，因為我們我發解釋宇宙最初的低熵值從何而來，除非將其歸于上帝！于是，科學家波爾茲曼便提出了一個新的概念：熵值的漲落！

宇宙熵值的漲落

波爾茲曼為我們設計了一個非常有趣的實驗，假定在一密閉的空間里存在著一億個分子，它們無規則的在運動，雖然絕大部分時間，這些分子會不規則的分布在這個空間里，這就代表著宇宙處于高熵狀態。但總有那么一瞬間，絕大部分分子會集中分布在一個角落，而這就是低熵狀態。

雖然這個概率非常小，但只要時間足夠久，這種狀態的出現就是必然事件，就像你閉上眼睛隨機敲打鍵盤，經過漫長的時間，總會有那么一個時刻，敲打出的字符會神奇地組合成優美的詩句！基于這種情況，便出現了熵值的漲落！

當然，這并不代表熱力學第二定律就是錯誤的！事實上對于宇宙這樣的一個整體結構而言，熵值無疑是增加的，但這并不妨礙一些區域內熵值出現漲落的情況，而且在宇宙中，這樣的區域可能存在很多。

波爾茲曼大腦

既然宇宙的許多區域存在著熵值的漲落，那在漲落的過程中，會發生什么現象呢？基于此，波爾茲曼又提出了一個全新的概念：玻爾茲曼大腦。

波爾茲曼大腦其實就是一種在混亂當中熵的漲落的自我意識，就好像一個孤獨的大腦一樣，這個假想中的大腦被稱為玻爾茲曼大腦。而隨著熵值的不斷漲落，就像腦細胞之間信息的傳遞一樣，波爾茲曼大腦有可能誕生意識！

我們可以想象一下，宇宙中存在著數之不盡的星系，其中更是擁有近乎無限的恒星、行星等天體，如此龐大的基數，如果將這些天體都比作波爾茲曼實驗中的天體，那將會有非常高的概率出現熵值的漲落，也就是波爾茲曼大腦。

波爾茲曼大腦表達了什么？宇宙真的存在意識嗎？

事實上，波爾茲曼大腦并不能算是意識體，與人類大腦存在著本質的不同，波爾茲曼大腦的存在是基于熵值的漲落而出現的，而熵值并不是一個具體的事物，而是一個物理概念。按照這個思路，波爾茲曼大腦甚至可以脫離實物而存在，也就是說，本質上來講，波爾茲曼大腦可以不需要載體！

所以，波爾茲曼大腦與宇宙的意識并不存在實質性的聯系，但不否認，如果整個宇宙都處于熵值的漲落狀態，宇宙或許真的存在意識。

那波爾茲曼大腦究竟表達了什么？

其實，波爾茲曼大腦描述了一個關于宇宙的可怕事實：在宇宙尺度下，概率并不存在，因為無論是多么小的概率，當數量和時間疊加到一定程度的時候，它將必然實現，宇宙不存在偶然！

從這個層面上來講，波爾茲曼大腦很有可能代表了宇宙的本質，同時，所有可能性都必然會出現的概念與平行宇宙理論又存在著許多共同點，所以，波爾茲曼大腦一直都是科學家們孜孜不倦研究的課題！

什么是玻爾茲曼大腦？科學家為什么要研究它？

或許你知道一個叫作笛卡爾的人，世人對他的印象不僅只是停留在“我思故我在”，他還提出過一個思想：你如何證明外面的世界不是你的幻想世界呢？此思想一經提出就引起了軒然大波，那時的人甚至一度陷入恐慌之中，因為他們發現好像確實沒有什么能證明自己就是真實存在的。但笛卡爾的思想還有一個物理版本，被稱為玻爾茲曼大腦。到目前為止，玻爾茲曼大腦思想一直是科學界爭論的焦點之一，讓我們看看它的背后究竟隱藏著什么吧。

物理學在整個人類社會中的地位非常之高，這是因為在此之前，虛幻和真實一直是哲學和神學的必爭話題，直到物理學的介入才讓它們雙方停息事端。如莊周夢蝶，再例如電影《盜夢空間》中讓人難分真假的夢境，這一切都來自一個很簡單的思想：我們聽到、看到、摸到、嗅到的所有東西都來自我們的感覺器官。這些信息在進入我們大腦時是直觀的，如果我們看到一個人嘴巴在動，但無法聽到他在說什么，信息通道就會閉塞一部分，就無法完整地傳達到大腦，也就會出現一種“做夢”的感覺。（我們不討論現實中因各種原因喪失部分感官功能的人）

那么如果說感官不經過大腦，大腦就無法思考了嗎？這在邏輯上是否定的，畢竟我們無法想象出一個從未接觸過的“東西”。即雖然我們在做夢時會經歷各種怪誕，但這一切都建立在我們曾經見過或曾經感受過所引發的聯想。例如當我們夢到了從未聽到過的奇妙聲音，這是因為我們在現實中就聽過“聲音”這個東西。

話又說回來，這些與玻爾茲曼大腦有什么關系呢？通俗來講，波爾茲曼大腦就是一個虛擬的體驗，就算沒有身體，依然能夠感受到世間的一切。地球所有人的思想都一定不會不一致，都是處于無序的狀態，但如果我們強行用虛擬體驗將之變為有序，這一切都變得有意思了。

我們先聚集一群人，當其中第一個虛擬體驗出現時，我們將其編號為1，當第二個虛擬體驗出現時，我們將其編號為2。這時雖然這一群人的思想都是無序地，可我們用波爾茲曼大腦的方式強行變得有序了起來。如果再不告訴他們序號的情況下讓地球上的人隨機排列，總有一天人們會排列到完全有序的隊列。這上面提及一個相關理論，那就是當一個概率趨向無限小的事件被增加無限多的數量和時間，該事件一定會發生。就好似讓一只猴子在電腦前隨機敲打，只要時間足夠長，猴子早晚會打出一套《世界百科全書》出來。

那么將這些所有序號按順序排列，不只是思想，就連宇宙中也會存在類似的序號，它的載體更多，可能是一顆星球、一粒塵埃甚至是一顆黑洞。就此計算，整個宇宙可能存在無限多個類似“思想”的波爾茲曼大腦，我們甚至可以將它與平行宇宙聯系起來，研究波爾茲曼大腦的意義就變得十分重要。

什么是玻爾茲曼大腦？你是如何理解玻爾茲曼大腦的?

宇宙存在著一個基本的規律，熵增定律，熵增定律告訴我們，溫度只能由高溫物體向低溫物體傳遞，孤立系統內部的有序性只能自發降低，逐漸從有序走向無序，而這個過程是不可逆的。

自然條件下，熱量從較熱的物體流向較冷的物體。集中在房間一角的空氣會彌散到整個空間。所有這些過程似乎都有一個優先的時間方向，這意味著存在一些量（熵），它代表著系統的無序性，總是隨著時間而增加。難怪熵被描繪成“時間之箭”。

畢竟從難易程度上來看，基本粒子直接組成大腦，明顯要比組成行星與生命，再組成大腦，“簡單快速”的多。而這種“獨立存在于宇宙中的大腦”，就是玻爾茲曼大腦，它可能只在宇宙中“存在”過一瞬間，也可能真的“恒久”存在于宇宙，并感知著宇宙本身。

在微觀尺度上，熵增定律同樣不容置疑，一杯高于室溫的水，最終一定會放涼，因為溫度只能從高溫物體向低溫物體傳遞，而從微觀視角來看，就是高速運動的熱水分子將動能傳遞給了與之發生碰撞的空氣分子，使得空氣分子運動速度增加。

我們人類的大腦無疑是一種高度有序的結構，它擁有自主意識，可以進行復雜的思考，而如此高度有序的物質竟然自發誕生于無序的物質之中，這又作何解釋呢？還是讓我們回到水分子與空氣分子進行動能傳遞的問題上來。

大腦不是一個孤立的系統。它不斷地從外部世界獲得輸入。它是外部世界信息的消費者，就像生物是食物的消費者一樣。正如多年來許多科學家所論證的那樣，大腦本質上創造了一個外部世界的內部模型，這個模型是由其一生中積累的感官信息所塑造的。

宇宙雖說被熵增定律統治著，但目前看來，宇宙的熵值并不高，因為宇宙中，仍然存在著星系和恒星，以及其他各種天體，最重要的是，還存在著人類這種“自我意識”體。

我們都沒有辦法去對它進行驗證。甚至于我們想用計算機來進行模擬也不可以，因為如此低概率事件已經遠遠超過了最先進的計算機的運算能力。