玻爾茲曼大腦:宇宙中或至少漂浮著7萬5千億億億個意識體

玻爾茲曼大腦是著名的思想實驗，這個思想實驗一直都是宇宙學家的爭論的焦點，到目前為止玻爾茲曼大腦依舊是宇宙學未解決的問題之一。

跟著科學認識論的思路，我們從易到難，漸進地理解這一高深思想實驗背後的基礎知識。

虛幻和真實一直都是哲學和神學的必爭之地，可當物理學介入之後，一切都顯得具有條理性了。

你也許聽過莊周夢蝶的故事，在科幻電影中也見過缸中大腦的設定，在盜夢空間中觀眾甚至無法區分現實和夢境。

這一切都來自一個很簡單的思想實驗：你看到的，聽到的，摸到的，嘗到的，嗅到的一切無非來自於人的五個感官。

五大感官攝入人腦的信息是直觀的，而抽象的事物，比如經濟學原理，歷史事件，人際關係等等也是來自五大感官攝入的信息的深層次加工。

想像一下，如果你不能看見一個人，接觸到一個人，聽到一個人的說話。你怎麼能總結出這個人的性格？怎麼可以通過大量的人際交往案例而歸納出社會規則？

你思考的一切事物的底層邏輯都來自感官接受到的信息，而感官又將這些信息匯入大腦。

如果說大腦不需要感官，就不能思考了嗎？

這個答案在邏輯上是否定的，如果我們直接拿掉感官，把虛假的信息攝入到大腦，並欺滿過大腦，就可以讓你的大腦誤以為你是通過人體的五官接觸到的世界，這在邏輯上完全行得通。

所以哲學家笛卡爾曾經就懷疑一切，只要是感官攝入的信息都是不靠譜的。唯一靠譜的就是「我思故我在」。

意識思考的內容不管來自於真實的感官還是虛擬的感官，都無法撼動「我正在思考的事實」，這樣的事實是你可以切身感受到的。

那麼我說這麼多，和玻爾茲曼大腦有什麼關係？

當然是有關係的，因為玻爾茲曼大腦就是虛擬的一個體驗，你甚至都沒有身體，但依舊可以感受到當下的體驗。因為信息可以是假的，是可以是被模擬的。

路德維希·愛德華·玻爾茲曼

熵增定律是最淺顯的一個道理，即便你沒有學過物理，甚至都可以體會到這種道理。

熱水放一段時間總會變涼，一滴墨汁滴入水中總會擴散開來。

在微觀尺度上看，熱水表面的水分子運動比較劇烈，這種劇烈程度就是溫度和動能的體現。當熱水表面的空氣分子接觸到運動程度更劇烈的水分子後，就會吸收一部分水分子動能而變得更劇烈。

於此同時，水分子因為傳遞給空氣分子一部分動能而使其運動劇烈程度下降，也就是溫度降低。

一開始，基本都是熱水分子單方面給空氣分子傳遞動能，直到熱水溫度降到與空氣溫度相等為止，這時候動能傳遞就是動態可逆的了。

熵增定律在經典力學中，可以看作是高動能分子向低動能分子的能量傳遞，直到平衡。

而平衡之後的系統，熵值就保持恆定了。

但是分子之間的碰撞依舊在隨機進行中，系統即便趨於平衡態，分子之間還在相互撞擊。

只要是隨機的，那麼在概率上就有一種可能：一個房間內的空氣分子有可能都聚在一個角落裡。雖然這種概率幾乎為零，但是在數學上，只要是時間足夠長，就可以實現。

比如讓一個猴子在鍵盤上隨機敲擊，只要時間足夠長，它總會敲出一本大英百科全書出來。

一個房間內的空氣分子全都聚在一個角落是熵減的過程，這是從無序到有序的過程。

中學物理教給我們：自然狀態下，物質只能從有序到無序。而從無序到有序的過程必須藉助外力來實現，空調需要電力製冷就是這一體現。

但是物理學家想的並不是這麼簡單：微觀粒子的運動是隨機的，在量子力學中還有量子漲落的說法。如果時間足夠長，從無序到有序是可以實現的。

問題關鍵點來了：按照宇宙大爆炸模型，我們的宇宙起源於138.2億年前的奇點大爆炸。

奇點是一個無限有序的狀態，大爆炸之後，物質經過138億年的擴散，應該處於均勻分布的狀態。也就是說，現有宇宙的物質能量分布應該是均衡的，應該已經處於非常高熵的狀態了，但為什麼我們宇宙的物質分布極不均勻。

在宇宙背景輻射中，甚至可以看到跨越十幾光年的空曠地帶，比如波江星座內的宇宙空洞（當然還有暗物質存在的解釋）。宇宙的熵如此之低，遠不符合預期。

宇宙的低熵狀態是怎麼來的？

可能有人說：這是因為引力

但是這不是本質性答案。因為引力是人類通過自然現象歸納出的一般性規律，而並沒有解釋自然現象本身。

我們先通過生命的起源了解一下熵減的過程。

生命是高度有序的物質結構，如果說從無機物到有機物是分子碰撞的巧合，那麼從有機物到DNA，再到按遺傳密碼合成的蛋白質，再形成細胞，然後是複雜的生命體。（RNA的形成可能來自海底溫泉噴發口）

這一切都顯得是違反了熱力學定律。因為自然居然可以讓原本高熵狀態的原子和分子通過熵減的形式組合成複雜的生命體。

因為只要時間足夠，從無序到有序是可以實現的，畢竟生命的演化也通過了數十億年。

再回到宇宙的低熵狀態，一種合理的猜測就是：宇宙早已到達過高熵狀態，並處於熱力學平衡，之後高熵狀態的宇宙開始大規模熵的漲落。

宇宙大爆炸後的熵增變化曲線

說白了就是微觀粒子之間隨機撞擊，沒有規律可言。

只要時間足夠，這些微觀粒子的撞擊總又會形成低熵的有序狀態。

比如黑洞，恆星，行星等等天體就是高度有序的物質構成。

如果無數個漲落形成無數個低熵狀態，再以越來越低的熵形成時間連續體。那麼我們在某一區域看到的物質就會越來越有序，也就是相互靠近，於是才能總結出物質相互作用的規律，那就是我們眼中的萬有引力。

我們的大腦是高度有序的低熵狀態產物。宇宙的隨機漲落可能會誕生無數個這樣的大腦（玻爾茲曼大腦）。

有的大腦在宇宙中只是存在一個瞬間就漲落不見了。

而有的大腦在卻在連續漲落中一直保持低熵狀態。

而連續保持低熵漲落狀態的意識就可能是我們現在的人腦，大腦能連續性思考事物也是漲落的結果。

而還有無數個只存在一個瞬間的玻爾茲曼大腦。它們沒有時間思考自己為什麼會存在，更不會思考熱力學定律。

所以從人擇原理和倖存者偏差中講：我們之所以能連續思考，是因為我們本身就是隨機而又連續的熵的漲落。

科學家計算過漲落出我們世界的概率是e^(-10^100)。而漲落出玻爾茲曼大腦的概率只有e^(-10^28)。

我們現處的宇宙被漲落出的概率低了漲落出玻爾茲曼大腦概率的72個數量級。

我們的宇宙起碼有75億個連續的玻爾茲曼大腦，那麼漲落中的玻爾茲曼大腦至少存在75億×10^72個玻爾茲曼大腦。這只是十分粗淺的計算。

也就是七萬五千億億億億億億億億億億個玻爾茲曼大腦。而且這還只是連續性玻爾茲曼大腦，還有更多的瞬間玻爾茲曼大腦沒有統計。

而現處的宇宙已經被漲落出了，如此低概率的事件已經發生，我們沒有理由不相信宇宙中存在著概率更高的，類似於我們的大腦的事件被沒有被漲落出。

在這麼多的玻爾茲曼大腦中，有很多只是漲落瞬間存在過，還有很多是漲落連續存在過，而我們就是連續漲落的玻爾茲曼大腦。

不過我要強調的是：這樣的一切都僅僅是思想實驗或者是理論上的猜想，並沒有具體的證據佐證，因為我們現有的計算機根本就無法模擬如此低概率的猜想。