宇宙上有玻尔兹曼大脑吗（深度解读玻尔兹曼大脑）

宇宙上有玻尔兹曼大脑吗（深度解读玻尔兹曼大脑）问题就来了：宏观物体都是由微观粒子组成的，为何微观粒子有时间对称的现象，而到了宏观世界里就没有了呢？但是热力学第二定律告诉我们，这种时间的对称性是不对的。举个简单的例子，你不小心把一个生鸡蛋打碎了，这是个正常的物理现象。但如果倒过来播放，一个打碎的鸡蛋变成了完好无损的生鸡蛋，你一眼就能看出问题所在，认为那不可能发生。在现实世界中，任何一个事件发生后，我们把整个事件倒过来播放，也不会违反物理定律。比如说你随手向上高抛一个球，球到最高点。你把整个过程用手机录下来，然后倒过来播放，你会发现球从最高点落下来，你会认为这仍旧是很正常的物理现象。如果你放别人观看正常的视频和倒过来播放的视频，别人根本无法区分哪个是正常播放的视频，哪个是倒着播放的视频。这种现象在量子世界里也是如此，在量子世界里我们同样无法区分微观粒子的“正常播放”还是“倒着播放”。

不得不说，网络上对于“玻尔兹曼大脑”的解读看起来越来越“邪乎”，实际上，玻尔兹曼大脑与自我意识体没有什么关系。玻尔兹曼大脑涉及到的内容主要是熵增（熵减）与热力学第二定律之间的关系，还有就是：时间到底有没有箭头？时间是不是双向的？

在微观世界，时间之箭是不存在的，时间没有方向，或者说时间是可以向前，也可以向后的。

而热力学第二定律告诉我们，时间只有一个方向，那就是向前，熵只能无情地增加（有序到无序）。

显然，微观世界的时间可以向前也可以向后违反了热力学第二定律。

在现实世界中，任何一个事件发生后，我们把整个事件倒过来播放，也不会违反物理定律。比如说你随手向上高抛一个球，球到最高点。你把整个过程用手机录下来，然后倒过来播放，你会发现球从最高点落下来，你会认为这仍旧是很正常的物理现象。

如果你放别人观看正常的视频和倒过来播放的视频，别人根本无法区分哪个是正常播放的视频，哪个是倒着播放的视频。

这种现象在量子世界里也是如此，在量子世界里我们同样无法区分微观粒子的“正常播放”还是“倒着播放”。

但是热力学第二定律告诉我们，这种时间的对称性是不对的。举个简单的例子，你不小心把一个生鸡蛋打碎了，这是个正常的物理现象。但如果倒过来播放，一个打碎的鸡蛋变成了完好无损的生鸡蛋，你一眼就能看出问题所在，认为那不可能发生。

问题就来了：宏观物体都是由微观粒子组成的，为何微观粒子有时间对称的现象，而到了宏观世界里就没有了呢？

如果宏观物体的热力学属性确实由微观粒子展现出来的，如果我们把微观粒子的运动方向（速度）全部反过来，很明显这个过程就会出现熵减，结果违反了热力学第二定律。

玻尔兹曼对这个问题进行了深入思考，最后他甚至提出，所谓的热力学第二定律并非一个客观大自然法则，只是具有统计性质。熵，并不总是在增加，相反增加的可能性很大罢了。

现有物理学法则对熵的解释通常是这样的，在孤立的系统里，熵总是无情地增加（有序到无序）。但按照玻尔兹曼的诠释，熵并不一定总是增加，只是增加的概率很大，减小的概率很小罢了。

所以，从概率上讲，一个低熵系统几乎不可能出现熵减，而基本上都会朝着熵增的方向发展。

其实上面的结论已经不是物理定律了，看起来更像是纯粹的逻辑关系罢了：我们处在一个低熵系统，当然会朝着高熵演化了！

问题也就来了：所谓的低熵系统，又是从什么状态演化来的呢？

按照玻尔兹曼的诠释，无论在什么系统里，高熵出现的几率很高，相反低熵几乎不可能出现。按照这种逻辑关系来推理，我们如今所在的低熵系统几乎肯定是从某种高熵系统中演化出来的。

于是我们就会得出这样的结论：宇宙一定是朝着熵减方向演化的！

还是回到玻尔兹曼的观点，如今的低熵宇宙确实是从高熵系统中演化来的，而如今的低熵也必定朝着高熵演化，实际上这就是玻尔兹曼大脑的雏形。

这种观点与热力学第二定律相悖了吗？是，也不是！

所谓的熵增现象其实只是宇宙漫长演化历史暂时表现出来的现象，一种涨落现象，并不违背热力学第二定律。

如何理解上面这句话？举个通俗的例子就明白了。

我们游泳时都会感受到浮力，从微观层面讲，浮力其实是海量的水分子撞击你的身体产生的。但是从微观层面讲，不同的时间，水分子撞击到你身体的速度方向，撞击力还有水分子的数量都是不同的。只不过由于水分子数量实在太大了，以至于我们很难感受到这种差异，体现出来的就是平稳的浮力。

不过如果我们真的有一台非常精密的仪器，理论上我们就能精确地测量出浮力在上下波动，只是波动非常非常小，这就是所谓的涨落（波动）。

理论上分析，总会有那么一个时刻，所有的水分子都没有撞击到你身体上，结果你就会感觉到浮力消失不见了。按照上面的诠释，这个时刻就是一个最大的涨落。

到这里你应该明白了，大的涨落很难发生，而小的涨落总是会发生。

我们可以用上面的例子描述“相空间”（一个空间来描述一个系统所能呈现的所有状态，这个空间就是相空间）。在相空间里，低熵状态所占的部分其实是很小很小的，虽然非常小，但低熵状态却可以像面团成为面条那样，分布在整个碗里。

在大多数时候，宇宙漫长的演化史总是处于高熵状态（平衡状态），而且会总是保持这种平衡。但就像刚才举的例子一样，偶尔也会出现某种偏离，出现涨落，而且是大的涨落，大到产生了如今的低熵宇宙。

所以，可以看出，我们坐在的低熵宇宙出现的概率是非常小的。但只要时间足够长，无论多么小，也总是会出现的！

而如果我们所在的低熵宇宙真的是随机涨落形成的，那么很容易得出：我们的宇宙仅仅是无数个随机涨落出来的宇宙其中的一个，这些宇宙就像一个个大脑一样，一个对宇宙现有状态认知和记忆的大脑，这就是所谓的玻尔兹曼大脑。

玻尔兹曼大脑理论其实是很难成立的，它在逻辑上很难自洽。只不过单纯从理论上分析，我们并不能排除我们的宇宙是一个随机超大涨落的可能性，只不过这种可能性发生的几率太低太低了。