玻尔兹曼大脑：我们的世界是真实的吗？
众所周知的短语“我思故我在”来自这个思想实验——不管魔鬼如何欺骗，我必须作为思想的主体而存在。但这不能解决外界是否是一种幻觉的问题。笛卡尔自己最终使用了上帝，这可能不能满足现代读者。其他任何类似的意识形态实验都不能干净利落地解决这个问题——印度哲学有莫也，希腊哲学有洞穴隐喻，中国哲学有庄周的梦蝶，科幻小说的读者会想到缸里的大脑，电影爱好者会想到黑客帝国和窃取空间的梦...但无论如何，这是一个纯粹的哲学命题。
然而，事实上，物理学也参与其中。这个恶魔的物理版本叫做玻尔兹曼的大脑。
为什么宇宙的起源是低熵的？
路德维希·玻尔兹曼这个名字通常与19世纪后期的热力学联系在一起，玻尔兹曼的大脑也不例外。事实上，它是热力学第二定律的产物。
我们都听说过墨菲定律:只要事情变得更糟，它总是变得更糟。这时，热力学第二定律将会出来并半开玩笑地解释，因为孤立系统中事物的无序度(熵)不能自发地降低。杯子会自动变成碎片，碎片不会自动变成杯子；空气分子将均匀地分布在房间里，而不是突然跑到左边，让右边的人窒息。然而，为什么会这样呢？
玻尔兹曼提出了一个基于概率的巧妙解释。如果所有的空气分子都被限制在房间的一个小角落里，那么可能的分布模式就非常少。如果空气分子均匀分布在一个房间里，可能的分布模式的数量是非常大的。如果你在任何时候看这个房间，你会看到它的气体非常不均匀的概率几乎为零。事实上，如果你在这里等1000亿年，你可能无法等到所有的气体都流向左边的时刻。孤立系统的熵不会自发减少的原因是高熵态的概率很高。
但是这个解释有一个严重的问题。如果高熵的状态概率很大，那么它在任何时候都应该很大——概率是数学，它忽略了时间的流逝。但是熵随着时间而增加，所以如果我们追溯到过去，当宇宙起源时，熵应该很小。那么，这个原点，何德何能，怎么能以小概率占据低熵状态呢？
普通人的第一反应是人类选择的原则。如果没有低熵的开端，我们就不会存在，也不会问“为什么我们会看到低熵宇宙的起源？”这个答案没有错，但是它没有解决这个问题:最初的低熵状态是从哪里来的
玻尔兹曼自己给出了另一个聪明的解释:波动。
玻尔兹曼和他的涨落理论
他说，根据概率，高熵的确容易出现——但我没有说低熵绝对不可能。不管概率有多小，它都不是时间的对手。一群猴子可以把莎士比亚从打字机上敲下来。只要你等待足够长的时间，有一天你可以等待一个小概率事件，看到气体聚集成两半，碎片自动变成玻璃。这种小概率事件是“波动”的结果。因为你等待的时间越长，就越有可能会有大的波动，那么整个宇宙就不可能有如此大的波动。
事实上，这种可能性极低。如果我们是外部观察者，我们一眼就看不到如此大的波动和如此大的低熵态。然而，我们生活在宇宙中。如果宇宙中没有这样的波动，我们就不会存在！既然我们已经存在，我们必须在这种波动中存在，当然我们必须能够看到它。
所以玻尔兹曼的宇宙是这样的:
大多数时候，宇宙保持高熵。
有几次，宇宙产生了微小的波动。
很少时候，宇宙产生了巨大的波动，使得智能生命得以存在——所以基本知识是关键。
请注意，无论你住在B还是A，宇宙对你来说都是一样的——不同的是，在B点你会认为“右”是过去和低熵，而在A点你会认为“左”是过去和低熵。但是纵观整个时间线，左和右没有区别，物理定律可以双向使用，数学是完美的。
多好的解决方案。如果世界停留在这一步就好了。
但是没有。如果你已经吃了第一口，你必须把它整个吞下去。你不能只是占便宜而不接受痛苦的后果。
玻尔兹曼对苦果的解释是玻尔兹曼的大脑。
邪恶物理学家圆柱体里的大脑，或者玻尔兹曼的大脑
就概率而言，小波动比大波动更重要。事实上，它远不止如此。所以，既然前提是我们有意识，我们就应该预测我们处于所有能产生意识的波动中最小的一个。例如，如果我现在告诉你气体真的在房间的左半部分，那么你仍然应该预测气体均匀地分布在左半部分，而不是进一步聚集到左半部分。
但是在我们现在的宇宙中有如此多的恒星和星系，甚至许多可能支持生命。你为什么需要这么多？很明显，一个星系，不，甚至是一个组成正确的太阳系都可以支持生命的存在。如果一切都在波动，那么一个小太阳系单独上升和下降的次数显然要比整个低熵宇宙上升和下降的概率大得多。
还没结束。波动取决于概率，所以它是无所不能的，所以让它从一个单一的大脑(或计算机，或任何意识载体)中上升或下降。这真的很难，但是考虑到大脑如此之小，其中的粒子数量如此有限，这应该比从宇宙中波动出来容易得多。这个大脑，就像银河系漫游指南中的鲸鱼一样，刚刚意识到它的存在，并对它惊叹不已，然后立即回复到一种虚无的状态。这种大脑的总数肯定比太阳系中的70亿个大脑要多得多。就概率而言，我们都应该是这样的大脑，正如就概率而言，我们看到气体应该是均匀分布的。
什么，你说你的生活非常丰富和充实，和那种瞬间的体验很不一样？没关系，既然连大脑都可以升降，为什么不多升降几个错误的记忆呢？为什么成套的感官输入不能一起波动？不管它在大脑中有多复杂，它的概率都比外面几千亿个太阳的概率低。(如果真的很低，你的大脑是如何从宇宙中“自然”产生的？)你认为你正在屏幕前阅读这篇文章，你怎么知道你不是一个在圆柱体中的大脑，呃，不是一个在虚无的高熵宇宙中起伏的玻尔兹曼大脑？
这一次，它不是想象中的邪恶魔鬼或邪恶科学家。这似乎是体面的物理学给出的预测...我该怎么办？不要向虚无主义投降？
麻烦应该会结束它
水果吃了一半是苦的。我该怎么办？在这个例子中，我们可能仍然必须吃完，仍然依靠物理来解决问题。
物理学家有许多方法来解决这个问题。例如，费曼提出了一个著名的反驳:大多数玻尔兹曼的大脑应该看不到周围的任何东西，而拥有完整感官输入的大脑比例非常小；然而，这种反驳也有一个小缺点，那就是那些大脑应该从一开始就被虚无所驱使。他们不可能像我们一样安心思考，他们也不会问这个问题。更多的理论从分析而不是综合的角度讨论了其他已知的物理事实如何影响玻尔兹曼的大脑。然而，我最喜欢的理论之一——来自物理学家肖恩·卡罗尔——是以同样的方式对待人们。他仔细检查了波动，发现它有一个大问题:虽然玻尔兹曼最初提出它来解释我们的过去，但它不能这样做。
现在我们的宇宙处于“中等”熵状态。我们宇宙的过去是什么？如果问题是“什么样的过去宇宙能够自然进化成我们现在的宇宙”，那么它当然是一个低熵的宇宙。但是以下两种状态中哪一种更有可能:首先，一个超低熵宇宙上升和下降，然后自然演变成我们现在的中等状态，或者直接上升和下降出中等状态？
根据涨落理论，当然，熵越高，状态的概率就越大。然而，我们宇宙的熵在增加。这时，熵比100年前高。因此，最大的可能性是我们的宇宙是在最后一刻上升和下降的产物，而不是138亿年前上升和下降然后自然进化到今天的结果。我们应该在最低点，不是A或B；我们的过去和未来都应该有更高的熵。
但这不是我们观察到的场景。我们过去看到的显然是一场大爆炸。起初，我们引入波动理论来解释过去，但经过仔细研究，它的预测与我们的观察不一致，所以这个理论应该被抛弃。
因此，一个更有可能的解释是，我们生活在由母亲创造的虚拟的$% @ VQ $ ERROR 42 # F @ T世界中，并且生活在一个没有波动的低熵世界中。我们看到的不是波动的结果，而是比波动更有可能发生的事件的产物。在这一事件之前，玻尔兹曼的太阳系和玻尔兹曼的大脑都再次变成了可以忽略不计的小概率。
但是这个新事件是什么呢？老实说，我们还不知道(unclear = "我们有许多假设，但没有一个能说服大多数人")。毕竟，所有这些都是在有限框架下的一系列推论。我们对宇宙学和量子引力理论的理解仍然太肤浅，甚至整个玻尔兹曼理论都有可能站不住脚。但至少，知道你不可能是一个毫无意义的玻尔兹曼大脑可能有助于你睡得好——毕竟，根据一些哲学流派，事物本身是未知的，只要管理好你的感官，何必在乎它是“真”还是“假”。(编辑:卡洛)
[注释]是的，许多人提出了许多方法来解释为什么低熵启动是“自然的”。问题是，如果低熵作为开始是自然的，那么它也应该作为结束和任何中间状态是自然的。你知道，我们有CPT对称定理:在时间+电荷+手性的三重反转下，物理定律不会改变。如果在我们的宇宙中，随着时间的推移，低熵变成高熵是自然的，反之亦然，那么我们也可以创造或发现一个电荷相反、手性相反的小区域，高熵变成低熵是自然的。因此，热力学第二定律不满足CPT定理。然后我们要么抛弃热力学第二定律(没门)，要么抛弃CPT定理(与实验观察相反)，或者我们不得不承认低熵的开始不是自然的。物理学家休·普莱斯称之为“双重标准原则”:如果宇宙的任何初始状态都是“自然的”，那么作为最终状态，它也必须是自然的。玻尔兹曼对波动的解释成功地避免了这个问题——在波动理论中，左右对称，宇宙大部分时间处于“自然”的高熵状态，不管它是向前还是向后，只有偶尔的小波动。