Qual è l'ipotesi del cervello di Boltzmann?

Il cervello di Boltzmann è una previsione teorica della spiegazione di Boltzmann sulla freccia termodinamica del tempo. Sebbene lo stesso Ludwig Boltzmann non abbia mai discusso di questo concetto, sono nati quando i cosmologi hanno applicato le sue idee sulle fluttuazioni casuali per comprendere l'universo nel suo insieme.

Sfondo del cervello di Boltzmann

Ludwig Boltzmann fu uno dei fondatori del campo della termodinamica nel diciannovesimo secolo. Uno dei concetti chiave era la seconda legge della termodinamica, secondo la quale l'entropia di un sistema chiuso aumenta sempre. Poiché l'universo è un sistema chiuso, ci aspetteremmo che l'entropia aumenti nel tempo. Ciò significa che, dato il tempo sufficiente, lo stato più probabile dell'universo è quello in cui tutto è in equilibrio termodinamico, ma chiaramente non esistiamo in un universo di questo tipo poiché, dopo tutto, c'è ordine tutto intorno a noi in varie forme, non ultimo il fatto che esistiamo.

Con questo in mente, possiamo applicare il principio antropico per informare il nostro ragionamento tenendo conto del fatto che esistiamo. Qui la logica diventa un po 'confusa, quindi prenderemo in prestito le parole da un paio di sguardi più dettagliati sulla situazione. Come descritto dal cosmologo Sean Carroll in "Dall'eternità a qui:"

Boltzmann invocò il principio antropico (anche se non lo chiamava così) per spiegare perché non ci saremmo trovati in una delle fasi di equilibrio molto comuni: in equilibrio, la vita non può esistere. Chiaramente, ciò che vogliamo fare è trovare le condizioni più comuni in un tale universo che siano ospitali per la vita. Oppure, se vogliamo essere più attenti, forse dovremmo cercare condizioni che non siano solo ospitali per la vita, ma ospitali per quel particolare tipo di vita intelligente e autocosciente che ci piace pensare di essere ...

Possiamo portare questa logica alla sua ultima conclusione. Se ciò che vogliamo è un singolo pianeta, non abbiamo certamente bisogno di cento miliardi di galassie con cento miliardi di stelle ciascuna. E se ciò che vogliamo è una sola persona, di certo non abbiamo bisogno di un intero pianeta. Ma se in realtà ciò che vogliamo è un'unica intelligenza, in grado di pensare al mondo, non abbiamo nemmeno bisogno di un'intera persona - abbiamo solo bisogno del suo cervello.

Così la reductio ad absurdum di questo scenario è che la stragrande maggioranza delle intelligenze in questo multiverso saranno cervelli solitari e incarnati, che fluttuano gradualmente fuori dal caos circostante e poi si dissolvono gradualmente in esso. Creature così tristi sono state soprannominate "cervelli di Boltzmann" da Andreas Albrecht e Lorenzo Sorbo ...

In un articolo del 2004, Albrecht e Sorbo hanno discusso "Cervelli di Boltzmann" nel loro saggio:

Un secolo fa Boltzmann considerava una "cosmologia" in cui l'universo osservato doveva essere considerato una rara fluttuazione fuori da uno stato di equilibrio. La previsione di questo punto di vista, abbastanza genericamente, è che viviamo in un universo che massimizza l'entropia totale del sistema coerente con le osservazioni esistenti. Altri universi hanno semplicemente delle fluttuazioni molto più rare. Ciò significa che il più possibile del sistema dovrebbe essere trovato in equilibrio il più spesso possibile.

Da questo punto di vista, è molto sorprendente trovare l'universo intorno a noi in uno stato di entropia così basso. In effetti, la logica conclusione di questa linea di ragionamento è assolutamente solipsistica. La fluttuazione più probabile coerente con tutto ciò che conosci è semplicemente il tuo cervello (completo di "ricordi" dei campi profondi di Hubble, dati WMAP, ecc.) Che fluttua brevemente fuori dal caos e poi immediatamente riequilibrandosi nuovamente nel caos. Questo a volte viene chiamato il paradosso del "cervello di Boltzmann".

Il punto di queste descrizioni non è quello di suggerire che il cervello di Boltzmann esista realmente. Un po 'come l'esperimento del pensiero del gatto di Schroedinger, il punto di questo tipo di esperimento mentale è di allungare le cose fino alla loro conclusione più estrema, come mezzo per mostrare i potenziali limiti e difetti di questo modo di pensare. L'esistenza teorica del cervello di Boltzmann ti consente di usarli retoricamente come esempio di qualcosa di assurdo da manifestare a causa delle fluttuazioni termodinamiche, come quando Carroll dice "Ci saranno fluttuazioni casuali nella radiazione termica che portano a tutti i tipi di eventi improbabili, tra cui la generazione spontanea di galassie, pianeti e cervelli di Boltzmann."

Ora che capisci il cervello di Boltzmann come un concetto, però, devi procedere un po 'per capire il "paradosso del cervello di Boltzmann" che è causato dall'applicazione di questo pensiero a questo assurdo grado. Ancora una volta, come formulato da Carroll:

Perché ci troviamo in un universo che evolve gradualmente da uno stato di entropia incredibilmente bassa, piuttosto che essere creature isolate che recentemente hanno fluttuato dal caos circostante?

Sfortunatamente, non esiste una spiegazione chiara per risolvere questo ... quindi perché è ancora classificato come un paradosso. Il libro di Carroll si concentra sul tentativo di risolvere le domande che pone sull'entropia nell'universo e sulla freccia cosmologica del tempo.

Cultura popolare e cervelli di Boltzmann

Divertente, Boltzmann Brains è entrato nella cultura popolare in un paio di modi diversi. Si presentarono come una battuta veloce in un fumetto di Dilbert e come l'invasore alieno in una copia di "L'incredibile Ercole".