玻尔兹曼大脑真的存在于宇宙中吗？
在物理学中存在着很多思想实验，除了我们熟知的，薛定谔的猫外，还有一个和人类大脑有关的思想实验，那就是玻尔兹曼大脑 1896年，奥地利物理学家玻尔兹曼，从熵的随机涨落出发，认为无序宇宙中的基本粒子们，既然组成恒星和星系，然后再组成地球，再然后组成地球上的原始生命，再再然后组成人类这种具备复杂思想能力的智慧体。 那么宇宙中的基本粒子，有没有可能直接组成一个具备复杂思想能力的大脑呢？ 毕竟从难易程度上来看，基本粒子直接组成大脑，明显要比组成行星与生命，再组成大脑，“简单快速”的多。 而这种“独立存在于宇宙中的大脑”，就是玻尔兹曼大脑，它可能只在宇宙中“存在”过一瞬间，也可能真的“恒久”存在于宇宙，并感知着宇宙本身。 宇宙虽说被熵增定律统治着，但目前看来，宇宙的熵值并不高，因为宇宙中，仍然存在着星系和恒星，以及其他各种天体，最重要的是，还存在着人类这种“自我意识”体。 以上的事实表明，宇宙距离“最后的混乱”还有“很长”一段时间，而这段时间，或许足够让玻尔兹曼大脑出现。 玻尔兹曼大脑本身的出现和消失，完全可以看作是一个概率问题，理论上来说，随机涨落出来的玻尔兹曼大脑，完全可以再涨落出一些记忆，甚至是涨落出一套成熟的感官系统，就像缸中之脑一样。 换言之就是说，你以为你是在屏幕前，接受这段“信息”， 但这段“信息”有可能，只是“涨落”出来的 ，而“你”就是一个独立存在，并长期“活跃”的玻尔兹曼大脑，“你”的一切记忆和感知，都只是“熵的舞蹈”。 在可以预见的未来，随着计算机技术和脑科学的不断进步，最顶级的“脑机结合”技术，或许可以完全“蒙蔽”一个人的所有感官， 从而让他“生活”在一个，在“外界”看来完全虚拟 ，但对他却无比真实的世界。 究竟是在“虚拟世界”里，为所欲为的活着？ 还是在“现实世界”里，坚持所谓的“真实存在”，并普通的活着？ 生存还是死亡，这是一个问题 虚拟还是现实，同样是一个问题 关于虚幻与真实的问题其实很笼统，而我们存在的意识有时候是真是假也很模糊，就连玻尔兹曼也认为： 人类都可以出现自我意识，那么宇宙中也有可能存在独立自我意识体的情况， 同样的意识看不见也摸不着，真假也难分，就像“缸中之脑”那样特殊。 什么是“缸中之脑”？ 在1981年，美国科学家普特南曾提出一个著名的假想——缸中之脑，这个假想是这样的； 如果把一个人的大脑完整取出后放入特制的营养液中，并且连接电脑，通过特殊的程序向其传达感官信息，可能会营造出一种假象：导致这个大脑认为自己仍然可以生存和活动。 在这个电脑程序里，他的朋友依旧在跟他谈笑风生，他的父母依然对他疼爱有加，他的恋人依然与他恩爱如初。 这看似现实的世界其实是由泡在营养液里的大脑被计算机操控下的结果，可以说他现在所有的与常人无异的生活都是计算机为他策划好的…… 这似乎表明了一个观点，我们现在所存在的空间未必就是真实的。 玻尔兹曼是谁？ 全名路德维希·玻尔兹曼，1844年的维也纳出生，是奥地利物理学家和哲学家，还是热力学和统计物理学的奠基人之一。 玻尔兹曼不仅发展了麦克斯韦的分子运动类学说，把物理体系的熵和概率联系起来，还阐明了热力学第二定律的统计性质，并引出能量均分理论。 在1872年的时候，玻尔兹曼建立了玻尔兹曼方程，这个方程是用来描述气体从非平衡态到平衡态过渡的过程，而著名的玻尔兹曼熵公式是他在1877年提出来的，但是这位著名的人物却在1906年自杀身亡，现如今被葬在维也纳中央公墓。 首先了解一下熵增定律。 其实就是热力学第二定律的另一种叫法，用来描述的是不可逆过程，简单来讲就是热量不可能从低温物体自发的转移到高温物体，放到宇宙中来说就是：宇宙的随时间的演化是从有序到无序的过程，这个过程就是熵不断增加的一个过程。 如果我们把宇宙看作一个最大的封闭系统，那么随着宇宙内部熵的增长，那么它的无序程度将会与日俱增，也就是说宇宙的秩序处于持续不断的崩解之中。 如果这样一直下去，宇宙的内部将会达到一种完全均匀的热动平衡的状态，整个宇宙会完全分解，没有任何星系和星球，更不会出现任何生命，而这种情景被科学家预言未来宇宙被称为“热寂”的状态。 玻尔兹曼大脑悖论是什么？ 在物理学中，时间方向的改变，物理定律依然适用。而熵增定律又说明了，熵具有方向性，是不能在时间上反演的，否则会违背熵增定律。 在宇宙中，人类其实是一个打破自然规律的存在，因为人类从出生开始就在不断的减缓自己熵增的过程——通过吃饭得到能量。 所以玻尔兹曼就提出了这样一个观点，他认为：像地球这样高度有序的低熵态宇宙，应该来源于熵的随机涨落，既然如此，那么宇宙中就应该存在很多的自我意识体（低熵态）。 所谓涨落就是指偏离平衡态上下浮动的一个过程，涨落的幅度越大，概率越小；涨落的系统越大，发生涨落的概率也越小。 而在概率学中：我们应该都听说过这样一个猜想：假设给猴子一个打字机，经过足够长的时间，一定会打出莎士比亚全集，尽管这个概率无穷小。 而玻尔兹曼大脑则是：宇宙中的原子分子恰好都碰到了一起组成了一个大脑， 这个孤单的大脑就是“玻尔兹曼大脑”，也可以理解为，经过足够长的时间，任何事都有可能发生。 而问题的核心应该是：宇宙起源的低熵态是怎么来的？ 热力学第二定律告诉我们，宇宙一开始是一个熵极低的状态，从宇宙诞生至今，宇宙的熵都是在不断增加的，但它却并没有告诉我们，初始条件的低熵态宇宙又是怎么来的。 接着玻尔兹曼又给出了这样一个观点：宇宙在 历史 的长河中，大部分都处于高熵态的，但是偶尔会发生涨落偏离一下，最后又回到平衡态，我们的低熵态宇宙就是因为一次概率极低的涨落产生的。 而现在我们的宇宙就是一个由偏离状态回归到平衡态的一个过程，所以在我们看来，宇宙是在熵增的。但事实上，我们整个宇宙出现这种情况的概率是极低的。 但是如果把宇宙分成若干份，或许涨落的只是宇宙的一小部分呢？这样一来涨落的概率就大大增加了。也就是说，在我们可观测宇宙之外，很有可能是一片处于热寂的宇宙。 需要注意的是19世纪，玻尔兹曼大脑理论诞生时，还没有大爆炸学说，所以说玻尔兹曼的观点基本可以排除掉了。 当然还有对宇宙低熵态的另一种解释，这里我就不再阐述了。 回到问题中 ，玻尔兹曼大脑真的存在于宇宙吗？ 在 历史 上，玻尔兹曼大脑只是在考虑宇宙低熵态时想到的问题，现实中是不会出现的，尽管这个悖论一直被人以为是熵和热力学之间的矛盾问题，事实上它都不算是一个物理问题，而是一个数学上的概率问题。
如何解释「玻尔兹曼大脑」?
玻尔兹曼大脑为我们描述了宇宙中一种孤单的大脑，在宇宙空间中存在着熵，而熵是分低熵和高熵的，就在熵起落的状态里面就存在着许多低熵的自我意识，这种自我意识就是玻尔兹曼大脑，也就是宇宙中独有的意识流。同时，玻尔兹曼认为，已知宇宙更有可能是一个高熵宇宙的涨落，这里涉及到复杂的量子力学。虽然大部分科学家认为这种观点是错误的，未必存在这种状态的宇宙，但是也不能完全否定它存在的可能性。这样一来，已知宇宙的出现就是一个巧合，而生命发展的规律其实也是在抵抗熵增，所以我们也有可能是一种低熵状态，人类就是巧合中的巧合，因为自我意识的出现本身就是宇宙中最难解释的事情。实际上，玻尔兹曼也认为，既然人类都有可能出现自我意识。相对来说，宇宙中存在独立自我意识体的情况更有可能，它们同样看不见也摸不着，并且是一种特殊的“大脑”。
“玻尔兹曼大脑”的通俗解释。
最近看了一个思想实验“玻尔兹曼大脑”，觉得甚是精妙，连我这个大学没学过物理，量子力学科普也仅读过《量子物理史话》与《大设计》的人竟然都看懂了。 关于这个实验，果壳的这篇文章说的比较不错： http://www.guokr.com/article/439095/ 一切的本源是热力学第二定律： 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零 。即在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（熵）不会减小。 而我们所的文明，以及文明中有意识的生物，自然是高度低熵体（相信三体粉对这个词一定挺熟悉），根据以上定律，宇宙最终走向热寂而无序，文明最终消亡。 不过离热寂太远不谈，那么，你认为的当下的你所看到的宇宙的真相是什么？ 显然，产生一个以上大脑的概率比产生一个真实宇宙的概率大太太太太太多。 那么，我或者你所看到的宇宙很可能就是大脑的一个虚拟意识投影。 这就是“玻尔兹曼大脑”所讲诉的。
什么是玻尔兹曼大脑？你是如何理解玻尔兹曼大脑的?
宇宙存在着一个基本的规律，熵增定律，熵增定律告诉我们，温度只能由高温物体向低温物体传递，孤立系统内部的有序性只能自发降低，逐渐从有序走向无序，而这个过程是不可逆的。自然条件下，热量从较热的物体流向较冷的物体。集中在房间一角的空气会弥散到整个空间。所有这些过程似乎都有一个优先的时间方向，这意味着存在一些量（熵），它代表着系统的无序性，总是随着时间而增加。难怪熵被描绘成“时间之箭”。毕竟从难易程度上来看，基本粒子直接组成大脑，明显要比组成行星与生命，再组成大脑，“简单快速”的多。而这种“独立存在于宇宙中的大脑”，就是玻尔兹曼大脑，它可能只在宇宙中“存在”过一瞬间，也可能真的“恒久”存在于宇宙，并感知着宇宙本身。在微观尺度上，熵增定律同样不容置疑，一杯高于室温的水，最终一定会放凉，因为温度只能从高温物体向低温物体传递，而从微观视角来看，就是高速运动的热水分子将动能传递给了与之发生碰撞的空气分子，使得空气分子运动速度增加。我们人类的大脑无疑是一种高度有序的结构，它拥有自主意识，可以进行复杂的思考，而如此高度有序的物质竟然自发诞生于无序的物质之中，这又作何解释呢？还是让我们回到水分子与空气分子进行动能传递的问题上来。大脑不是一个孤立的系统。它不断地从外部世界获得输入。它是外部世界信息的消费者，就像生物是食物的消费者一样。正如多年来许多科学家所论证的那样，大脑本质上创造了一个外部世界的内部模型，这个模型是由其一生中积累的感官信息所塑造的。宇宙虽说被熵增定律统治着，但目前看来，宇宙的熵值并不高，因为宇宙中，仍然存在着星系和恒星，以及其他各种天体，最重要的是，还存在着人类这种“自我意识”体。我们都没有办法去对它进行验证。甚至于我们想用计算机来进行模拟也不可以，因为如此低概率事件已经远远超过了最先进的计算机的运算能力。
