玻尔兹曼大脑：宇宙中或至少漂浮着7万5千亿亿亿亿亿左右个意识体

物理学家这些年一直都在寻找宇宙的最基本规律，希望能够以此解开所有的谜题，可是在这个过程中，人们却根据已有的发现提出了诸多猜想，这些猜想虽然并未被证实，却也引起了大家对“世界真实性”的怀疑，比如今天咱们要说的玻尔兹曼大脑。

而如果玻尔兹曼大脑是真实存在的，那宇宙当中或许至少漂浮着7万5千亿亿亿亿亿个意识体。所以，玻尔兹曼大脑到底是什么呢？

玻尔兹曼大脑

玻尔兹曼大脑是什么？

许多人初次看到玻尔兹曼大脑的时候，就会想这大概是和爱因斯坦大脑十分相似的存在，又是某个科学家的大脑被拿来研究了。

但实际上玻尔兹曼大脑可不是什么真实存在的东西，它是奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼提出的一种假想。

玻尔兹曼

或许有些人在深夜失眠的时候，会思考世界的真实性。

如果你又恰好听过“缸中之脑”的实验，那么就会觉得其实我们的各种感受都是通过感官传递到大脑然后获得的，而倘若感官可以被模拟呢？那是否就说明所有人包括宇宙，其实都是虚假的东西。

缸中之脑

玻尔兹曼认为，宇宙的形成来源于熵的涨落，在这个涨落的过程当中，本来有序的东西会随着熵增定律变得混乱无序。

而到了某个临界点时，熵增会停止，接下来就是熵减的过程，这个过程会将无序的东西都变得有序。不过，它的概率非常低，同时也需要漫长的时间。

在宇宙涨落的演化进程当中，会出现许多维持在低熵状态的自我意识，它们就像是一个个孤单的大脑或者可以说是意识体，这些大脑就被称为玻尔兹曼大脑。

倘若这个假想成真，那么在宇宙长达百亿年的涨落过程中已经产生了至少7万5千亿亿亿亿亿左右的意识体，它们都漂浮在宇宙之中。

宇宙微波背景辐射图揭示涨落

可见，玻尔兹曼大脑本身与熵有着密切的关系，所以接下来我们就来看看熵到底是什么，而宇宙的涨落又是怎么回事。

“熵”与宇宙的涨落

如果大家平时喜欢看一些科幻题材的电影和小说，那么对于熵应该并不陌生，它是物理学当中非常重要的一个概念，也是未能得到全面理解的概念。

这也就是说，人类目前对于熵的了解还不够透彻，但这并不妨碍我们将其当成一种“尺度”，就像长度和重量一样，熵是用来表达系统混乱的程度的。

熵是什么

熵最初是由德国的物理学家克劳修斯在1865年时提出的，它出现于热力学第二定律当中，是一个热力学状态函数。

而热力学第二定律也可以称为“熵增定理”，它认为当一个物体在某处，它总会从现在的有序朝着无序变化，生命的消亡就是如此。

克劳修斯与熵增定律

在克劳修斯的基础之上，玻尔兹曼对其进行了拓展，他不仅在概率论的基础上提出了微观态的概念，还得出了著名的玻尔兹曼熵关系式。

这个关系是不同于克劳修斯的熵只对平衡态有意义，它不但适用于热力学孤立系统，还能推广至非热力学系统当中，被誉为“广义熵”。

该关系式定量地给出了熵的统计意义和微观意义，指明了熵的物理内涵：熵与系统微观状态数的对数成正比，即“熵是系统混乱度的量度”。

玻尔兹曼公式被刻在他的墓碑上

而熵之所以与宇宙有关系，还得提到备受认可的大爆炸理论。按照宇宙起源于有序奇点爆炸的情况来看，现在的宇宙应该处在高熵的环境当中。

可是根据目前的观察来看，宇宙的现状却与我们预估的相反，它处于低熵状态。

低熵与高熵的区别

因为只有在熵减的过程当中，宇宙万物才能从无序走向有序。虽然在我们看来，宇宙现在依旧是无序的，但是诸多的天体形成以及星系的形成，包括生命和大脑的形成，都是低熵的产物。

大脑是低熵的产物

这样来说的话，宇宙在无数次的涨落当中，其实产生了诸多的低熵产物。如果单以玻尔兹曼大脑为例，其数量就能达到数千万亿个。

而且在这个过程之中，有的意识体是长久存在的，有的可能刚出现就消失了，如果算上那些消失的，数量将会再翻一番。

实际上，玻尔兹曼大脑并非“某种大脑”的代指，它更像是一个广义上的概念。其核心就是，只要时间够长，那么任何低概率的事件都会发生，因为宇宙的涨落具有不确定性，当熵减发生并达到一定限值的时候，再混乱无序的东西都能变得无序。

比如，如果再给恐龙一些时间，那么或许它们也能发展出文明。

恐龙

所以，我们现在看到的规律、文明，包括漫长演化中出现的各种东西，可能都是玻尔兹曼大脑，只不过相较于漂浮在宇宙当中的那些，我们的大脑显得更加的高级。

但是同理可得，既然更高级的低熵产物都已经诞生了，从概率上来说，更低级的“玻尔兹曼大脑”可能早已经塞满宇宙了。

玻尔兹曼大脑可能已遍布宇宙

毕竟根据公式来计算，宇宙涨落出我们世界的概率是e-10^100，而涨落出玻尔兹曼大脑的概率则是e-10^28，这样一经对比，咱们就更像是天选之子了。

我们可以据此再深入想象一下，既然玻尔兹曼大脑的产生概率这么高，而我们却没有发现，那是否说明咱们其实可能是“玻尔兹曼大脑”呢？

毕竟在上文中咱们就提到，其实我们感知自己的存在，都是通过感官产生的意识。如果涨落过程中的那些玻尔兹曼大脑，也能模拟出相似的自我意识并具有连续性，那说不定我们还真没这么特殊。

缸中之脑的感官模拟

综上所述，再联系到缸中之脑的实验，就会产生一种“怀疑人生”的感觉。也难怪，科学家总是在研究的过程中，也总会怀疑自己和世界了。

但需要注意的是，玻尔兹曼大脑到目前来说，也只是一种假想，所以大家千万别将其当成真理，然后将自己套进去了。

值得一提的是，虽然玻尔兹曼大脑尚未证实，但是熵已经被认定为是存在的，并且它已经在发展过程中渗透到了许多的领域，既与旧事物的消亡有关，也与新事物的萌发有关。爱因斯坦甚至说过，“熵理论，对于整个科学来说就是第一法则。”

爱因斯坦

“熵”在现实世界中的应用

咱们在上文中提到了，在步入低熵的过程当中，世界是从无序走向有序的。而对于一个开放的系统来说，负熵流的进入会抵消自身的熵增，从而让系统维持稳定、有序的耗散结构状态。

耗散结构是指:“一个远离平衡的开放系统, 通过不断地与外界交换物质与能量, 可能从原有的混沌无序的状态, 转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态, 从而在远离平衡的情况下形成一种新的有序结构”。

耗散结构

因此，当咱们将地球看作是一个系统的话，地球系统会朝着熵增的方向前进，而在这个过程中地球系统又与外界存在能量的交换，所以被赋予了负熵流，最终达到某一个阈值，增加和减少趋于平衡，从而让系统保持稳定。

熵维持平衡状态

而人类在这一过程中，可能会因为利益或者其他的驱动，对自然资源展开掠夺。在这种情况下，比如工业活动，这会让熵增变大，从而导致系统的有序度降低。

在系统逐渐混乱时，各种极端天气就会出现，所以为了维持有序性和自然环境的耗散系统，人类的各种行动应该顾及到熵的变化。

工业活动会让熵增变大

熵理论作为一个已有百年历史的概念，虽然从热力学中诞生，却也与生命科学、化学、生物学等息息相关，也难怪爱因斯坦会认为它是基本规律了。从目前的情况来看，还真的是这样。