玻尔兹曼大脑悖论是反对这样一种观点的一个论证:我们周围的宇宙,其早期条件具有极低的熵,以及由此产生的 Thus,统计涨落的观点似乎已被实验排除。(可能产生深远的后果。)
据我所知,最早提出类似论点的是1931年的阿瑟·爱丁顿爵士。但这是一个相当直接的论证,一旦你接受了假设(尽管仍有批评者)。所以我确信,很多人都曾朝着相似的方向思考过,并没有对此大惊小怪。
我刚刚注意到,其中一位就是理查德·费曼。在他的《费曼物理学讲义》关于熵的章节结尾,他思考了在一个由时间对称的底层定律支配的宇宙中,如何产生时间箭头。
据我们所知,所有物理学的基本定律,如牛顿方程,都是可逆的。那么不可逆性从何而来?它来自于从有序到无序,但直到我们知道有序的起源,我们才理解这一点。为什么我们每天发现自己所处的环境总是处于非平衡状态?
费曼遵循玻尔兹曼的逻辑,思考了我们可能只是一个统计涨落的可能性。
一种可能的解释如下。再看看我们的混合了黑白分子的盒子。现在,如果等得足够长,通过纯粹的、极其不可能但可能发生的偶然事件,分子的分布可能会变得一边大多是白色,另一边大多是黑色。之后,随着时间的推移,偶然事件继续发生,它们又会变得更加混合。
因此,今天世界高度有序的一种可能解释是,这仅仅是运气问题。也许我们的宇宙在过去碰巧发生过某种涨落,事物的状态发生了一些分离,而现在它们又重新混合在一起了。这种理论不是不对称的,因为我们可以问,在某个时刻,分离的气体在未来或过去看起来是什么样子。在这两种情况下,我们都会在界面处看到一个灰色的斑点,因为分子正在再次混合。无论我们如何运行时间,气体都会混合。所以这种理论认为,不可逆性只是生活中的一种偶然。
但是,当然,这并不能真正充分解释我们所生活的真实宇宙,原因与爱丁顿给出的相同——玻尔兹曼大脑论证。
我们想论证事实并非如此。假设我们不一次性观察整个盒子,而只观察盒子的一部分。那么,在某个时刻,假设我们发现了一定程度的有序。在这小部分中,白色和黑色是分开的。关于我们尚未观察到的地方的情况,我们应该推断什么?如果我们真的相信有序是由完全无序通过涨落产生的,那么我们肯定必须接受最有可能产生它的涨落,而最有可能的状况是*不是*其余部分也已经解开了!因此,从世界是一个涨落的假设出发,所有的预测都是,如果我们观察我们以前从未见过的世界的一部分,我们会发现它是混合的,而不是像我们刚才观察到的那样。如果我们的有序是由于涨落,我们不会期望在其他地方有有序,而只会期望在我们刚刚注意到的地方。
在指出我们确实在新的地方不断看到有序(低熵)之后,他接着强调了第二定律和时间箭头的宇宙起源。
因此,我们得出结论,宇宙*不是*一个涨落,而有序是早期状况的记忆。这并不是说我们理解了它的逻辑。出于某种原因,宇宙在某个时期相对于其能量含量具有非常低的熵,从那时起,熵就增加了。这就是通往未来的方向。这就是所有不可逆性的起源,这就是使生长和衰败的过程得以发生的原因,这就是使我们能够记住过去而不是未来,记住那些更接近宇宙历史中那个有序性比现在更高的时刻的事物,以及为什么我们无法记住那些无序性比现在更高的事物,也就是我们称之为未来的事物。
他最后指出,在能够回答这些问题之前,我们必须进一步了解早期宇宙。
这种单向性与棘轮[章节前面讨论过的不可逆系统模型]是宇宙一部分的事实相互关联。它不仅是宇宙的一部分,因为它的行为遵循宇宙的物理定律,而且它的单向行为与整个宇宙的单向行为息息相关。在宇宙历史的开端之谜从推测进一步转变为科学理解之前,我们无法完全理解它。
我们仍在努力。













