多世界理论能把我们从玻尔兹曼大脑中拯救出来吗?

C你相信世界是一致的吗?科学家没有太多选择。他们需要假设对宇宙的客观观察是可信的。这个假设让我们发展出了关于宇宙内部运行的强大理论，但矛盾的是，它也向我们展示了我们可能还是被欺骗了的可能性。这个想法被称为“玻尔兹曼的大脑”，它源于物理学中一些最深奥的问题。

加州理工学院的理论物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)在一篇文章中写道:“当我们从我们对世界的经验开始，用它来构建关于世界如何运行的最佳理论，然后意识到这个理论本身预测了我们的感官数据完全不可靠时，问题就出现了。纸发表在2月。他的标题是“为什么波尔兹曼的大脑是坏的”，因为预测它们的理论，因此，“认知上不稳定:它们不能同时是真实的，也不能被合理地相信。”它们让我们认为宇宙可能只是我们的大脑认为它是广阔宇宙的一部分。

路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)，尽管有卡罗尔的头衔，但头脑很聪明。他最著名的可能是在1872年提出了气体动力学理论。玻尔兹曼的理论不仅解释了热量和能量是分子相互作用的结果，而且给出了一个明确的定义这就是熵的概念．熵常被描述为系统无序程度的量度，而热力学第二定律指出，系统的熵永远不会减少。

玻尔兹曼大脑存在的可能性比宇宙存在的可能性更大。

在物理学中，气体的压力、温度和体积被称为状态的气体。在玻尔兹曼的模型中，任何产生这种状态的原子或分子的排列都被称为气体的微观状态。由于气体的状态取决于其原子或分子的整体运动，许多微观状态可以产生相同的状态。玻尔兹曼证明熵可以定义为一个状态的微观状态数。微观状态越多，熵就越大。这就解释了为什么系统的熵会增加。随着时间的推移，气体更有可能发现自己处于一个有很多可能微观状态的状态，而不是一个只有很少微观状态的状态。

由于熵随着时间的推移而增加，早期宇宙的熵一定要小得多。这意味着宇宙大爆炸一定有一个非常低的熵。但是为什么宇宙的原始状态有这么低的熵呢?玻尔兹曼的理论提供了一个可能的答案。尽管随着时间的推移，熵态越高的可能性越大，但热力学系统的熵是有可能降低的。例如，一个房间里的所有空气分子可能恰好挤在房间的一个角落里。这不太可能，但从统计学上来说，确实如此可能的．同样的观点也适用于整个宇宙:如果原始宇宙处于热力学平衡状态，那么事物聚在一起产生极低熵状态的可能性很小。这种状态引发了大爆炸和我们周围的宇宙。

然而，如果大爆炸的低熵只是由于随机的机会，那就会导致一个问题。无限猴子可能会随机打出莎士比亚全集，但他们更有可能打印出更短的葛底斯堡演说。同样地，一个低熵大爆炸可能产生于一个原始状态，但如果宇宙是一个微观状态的集合，那么它更有可能发现自己处于一种意识状态，认为自己是在一个宇宙中，而不是整个物理宇宙本身。也就是说，玻尔兹曼大脑的存在比宇宙存在的可能性更大。玻尔兹曼的理论引出了一个悖论，即我们可以相信我们所观察到的东西这一非常科学的假设导致了我们不能相信我们所观察到的东西这一结论。

尽管这是一个有趣的悖论，但大多数天体物理学家并不认为玻尔兹曼的大脑是真实存在的。(例如，卡罗尔无情地认为，由于他们的认知不稳定，他们“自我破坏，不值得认真考虑”。)相反，他们寻求解决这个悖论的物理过程。产生玻尔兹曼大脑可能性的物理过程是量子理论固有的真空能量波动——微小的能量波动可以出现在真空之外。通常它们是不明显的，但在某些条件下，这些真空涨落会导致早期宇宙中的霍金辐射和宇宙膨胀。这些波动在宇宙早期处于热平衡状态，所以它们遵循的是与原始宇宙相同的随机玻尔兹曼统计，这使得它们更有可能产生玻尔兹曼大脑，而不是我们所处的宇宙。

但事实证明，由于宇宙在膨胀，这些明显的波动可能不是来自真空。相反，随着宇宙的膨胀，可观测宇宙的边缘会导致热波动出现，就像黑洞的视界会产生霍金辐射一样。从我们的观点来看，这就产生了真空波动的现象。真正的空间和时间真空是不会波动的，所以它不能创造玻尔兹曼的大脑。

的的想法，来自加州理工学院的物理学家金伯利·博迪及其同事的研究，在某种程度上是推测性的，而且它有一个有趣的陷阱。宇宙真正的真空是静止的这一论点依赖于量子理论的一个版本，即多世界公式。在这种观点下，量子系统的波函数在观察时不会“坍缩”。相反，量子系统的不同结果会“退步”，并沿着不同的路径进化。一旦宇宙是不同可能结果的叠加，量子退相干就会产生两种确定的结果。当然，如果我们的心只是宇宙中的物理状态，我们的心也会分成两种结果，每一种结果都观察到一个特定的结果。

我在解决玻尔兹曼大脑的悖论时，我们可能不得不面对这样一个现实:我们每个人都不像我们看上去那样独特。的多世界模型也可以被称为多思维模式。在一个多世界的宇宙中，会有与我们非常相似的思想，每一种思想都有略微不同的经验，每一种思想都像我们一样有权被称为“我们”。

Brian Koberlein是一名天体物理学家和物理学教授罗彻斯特理工学院．他在博客上写天文学和天体物理学方面的文章一次一个宇宙．在推特上找到他@BrianKoberlein．

注意:麻省理工学院(mit)理论物理学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)就我们为什么生活在这个宇宙而不是另一个宇宙进行了讨论。