【假想】玻爾茲曼大腦構想:宇宙中或至少漂浮著7萬5千億億億個意識體

天空之城 2022/07/05 檢舉 我要評論

物理學家這些年一直都在尋找 宇宙的最基本規律,希望能夠以此解開所有的謎題,可是在這個過程中,人們卻根據已有的發現提出了諸多猜想,這些猜想雖然并未被證實,卻也引起了大家對 「世界真實性」的懷疑,比如今天咱們要說的玻爾茲曼大腦。

而如果玻爾茲曼大腦是真實存在的,那宇宙當中或許至少漂浮著7萬5千億億億……個意識體。所以,玻爾茲曼大腦到底是什麼呢?

玻爾茲曼大腦是什麼?

許多人初次看到 玻爾茲曼大腦的時候,就會想這大概是和愛因斯坦大腦十分相似的存在,又是某個科學家的大腦被拿來研究了。

但實際上玻爾茲曼大腦可 不是什麼真實存在的東西,它是奧地利物理學家 路德維希·玻爾茲曼提出的一種 假想

或許有些人在深夜失眠的時候,會思考世界的真實性。

如果你又恰好聽過 「缸中之腦」的實驗,那麼就會覺得其實我們的 各種感受都是通過感官傳遞到大腦然后獲得的,而倘若 感官可以被模擬呢?那是否就說明所有人包括宇宙,其實都是 虛假的東西。

玻爾茲曼認為, 宇宙的形成來源于熵的漲落,在這個漲落的過程當中,本來 有序的東西會隨著熵增定律變得混亂無序。

而到了某個臨界點時,熵增會停止,接下來就是 熵減的過程,這個過程會將 無序的東西都變得有序。不過,它的機率非常低,同時也需要漫長的時間。

宇宙漲落的演化進程當中,會出現 許多維持在低熵狀態的自我意識,它們就像是一個個孤單的大腦或者可以說是意識體,這些大腦就被稱為 玻爾茲曼大腦

倘若這個假想成真,那麼在宇宙長達百億年的漲落過程中已經產生了約 7萬5千億億億……個意識體,它們都漂浮在宇宙之中。

可見,玻爾茲曼大腦本身與熵有著密切的關系,所以接下來我們就來看看熵到底是什麼,而宇宙的漲落又是怎麼回事。

「熵」與宇宙的漲落

如果大家平時喜歡看一些科幻題材的電影和小說,那麼對于 應該并不陌生,它是物理學當中非常 重要的一個概念,也是未能得到全面理解的概念。

這也就是說, 人類目前對于熵的了解還不夠透徹,但這并不妨礙我們將其當成一種「尺度」,就像長度和重量一樣, 熵是用來表達系統混亂的程度的。

熵最初是由 德國的物理學家克勞修斯在1865年時提出的,它出現于 熱力學第二定律當中,是一個熱力學狀態函數。

而熱力學第二定律也可以稱為 「熵增定理」,它認為當一個物體在某處,它總會從現在的 有序朝著無序變化,生命的消亡就是如此。

在克勞修斯的基礎之上,玻爾茲曼對其進行了 拓展,他不僅在機率論的基礎上提出了微觀態的概念,還得出了著名的玻爾茲曼熵關系式。

這個關系是不同于克勞修斯的熵只對平衡態有意義,它不但適用于熱力學孤立系統,還能推廣至非熱力學系統當中,被譽為「廣義熵」。

該關系式定量地給出了熵的統計意義和微觀意義,指明了熵的物理內涵:熵與系統微觀狀態數的對數成正比,即「熵是系統混亂度的量度」。

而熵之所以與宇宙有關系,還得提到備受認可的 大爆炸理論。按照宇宙起源于有序奇點爆炸的情況來看,現在的 宇宙應該處在高熵的環境當中。

可是根據目前的觀察來看, 宇宙的現狀卻與我們預估的相反,它處于 低熵狀態

因為只有在 熵減的過程當中,宇宙萬物才能從無序走向有序。雖然在我們看來,宇宙現在依舊是無序的,但是諸多的天體形成以及星系的形成,包括 生命和大腦的形成,都是 低熵的產物。

這樣來說的話, 宇宙在無數次的漲落當中,其實產生了諸多的低熵產物。如果單以玻爾茲曼大腦為例,其數量就能達到數千萬億個。

而且在這個過程之中, 有的意識體是長久存在的,有的可能剛出現就消失了,如果算上那些消失的,數量將會再翻一番。

實際上, 玻爾茲曼大腦并非「某種大腦」的代指,它更像是一個廣義上的概念。其核心就是,只要時間夠長,那麼 任何低機率的事件都會發生,因為宇宙的漲落具有不確定性,當熵減發生并達到一定限值的時候, 再混亂無序的東西都能變得無序。

比如,如果再給恐龍一些時間,那麼或許它們也能發展出文明。

所以,我們現在看到的 規律、文明,包括漫長演化中出現的各種東西,可能都是玻爾茲曼大腦,只不過相較于漂浮在宇宙當中的那些, 我們的大腦顯得更加的高級。

但是同理可得,既然更高級的低熵產物都已經誕生了,從機率上來說,更低級的「玻爾茲曼大腦」可能早已經塞滿宇宙了。

畢竟根據公式來計算, 宇宙漲落出我們世界的機率是e-10^100,而漲落出玻爾茲曼大腦的機率則是e-10^28,這樣一經對比,咱們就更像是天選之子了。

我們可以據此在深入想象一下,既然玻爾茲曼大腦的 產生機率這麼高,而我們卻沒有發現,那是否說明 咱們其實可能是「玻爾茲曼大腦」呢?

畢竟在上文中咱們就提到,其實我們感知自己的存在,都是通過感官產生的意識。如果漲落過程中的那些玻爾茲曼大腦,也能 模擬出相似的自我意識并具有連續性,那說不定我們還真沒這麼特殊。

綜上所述,再聯系到缸中之腦的實驗,就會產生一種 「懷疑人生」的感覺。也難怪,科學家總是在研究的過程中,也總會懷疑自己和世界了。

但需要注意的是, 玻爾茲曼大腦到目前來說,也只是一種假想,所以大家千萬別將其當成真理,然后將自己套進去了。

值得一提的是,雖然玻爾茲曼大腦尚未證實,但是熵已經被認定為是存在的,并且它已經在發展過程中滲透到了許多的領域, 既與舊事物的消亡有關,也與新事物的萌發有關。愛因斯坦甚至說過, 「熵理論,對于整個科學來說就是第一法則。」

「熵」在現實世界中的應用

咱們在上文中提到了,在步入 低熵的過程當中,世界是從無序走向有序的。而對于一個開放的系統來說, 負熵流的進入會抵消自身的熵增,從而讓系統維持穩定、有序的 耗散結構狀態。

耗散結構是指:「一個遠離平衡的開放系統, 通過不斷地與外界交換物質與能量, 可能從原有的混沌無序的狀態, 轉變為一種在時間上、空間上或功能上的有序狀態, 從而在遠離平衡的情況下形成一種新的有序結構」。

因此,當咱們將地球看作是一個系統的話, 地球系統會朝著熵增的方向前進,而在這個過程中 地球系統又與外界存在能量的交換,所以被賦予了負熵流,最終達到某一個閾值, 增加和減少趨于平衡,從而讓系統保持穩定。

而人類在這一過程中,可能會因為利益或者其他的驅動,對自然資源展開掠奪。在這種情況下,比如 工業活動,這會讓熵增變大,從而導致系統的有序度降低。

系統逐漸混亂時,各種極端天氣就會出現,所以為了維持有序性和自然環境的耗散系統,人類的各種行動應該顧及到熵的變化。

熵理論作為一個已有百年歷史的概念,雖然從熱力學中誕生,卻也與 生命科學、化學、生物學等息息相關,也難怪愛因斯坦會認為它是基本規律了。從目前的情況來看,還真的是這樣。

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