How do you know you’re a person who has lived your life, rather than a just-formed brain full of artificial memories, momentarily hallucinating a reality that doesn't actually exist? That may sound absurd, but it’s kept several generations of top cosmologists up at night. They call it the Boltzmann brain paradox.
¿Cómo sabes si eres una persona que ha vivido su vida, en vez de un cerebro recién creado, repleto de recuerdos artificiales, temporalmente alucinando una realidad que no existe de verdad? Esto puede sonar absurdo, pero ha dejado sin dormir a generaciones de los mejores cosmólogos. Lo llaman “La paradoja del cerebro de Boltzmann”.
Its namesake, Ludwig Boltzmann, was a 19th century physicist operating in a period when scientists were passionately debating whether the universe had existed for an infinite or finite time. Boltzmann’s main claim to fame was revolutionizing thermodynamics, the branch of physics that studies energy. He put forward a new interpretation of entropy, which is a measure of the disorder of a system. A glass is an ordered system, whereas a shattered glass is disordered. The second law of thermodynamics states that closed systems tend towards disorder: you won’t see a shattered glass return to its pristine state.
Ludwig Boltzmann era un físico en el Siglo XIX quien trabajaba en un período en el que los científicos debatían si el universo había existido por un tiempo definido o infinito. El salto a la fama de Boltsmann fue al revolucionar la termodinámica, la rama de la física que estudia la energía. Él propuso una nueva interpretación de la entropía, la cual es una medida del desorden de un sistema. Un vaso es un sistema ordenado, mientras que un vaso roto, es un sistema desordenado. La segunda ley de termodinámica establece que un sistema cerrado tiende al desorden: no verás a un vaso roto volver a estar intacto.
Boltzmann’s insight was applying statistical reasoning to this behavior. He found that a system evolves to a more disordered state because it’s more likely. However, the opposite direction isn’t impossible, just so unlikely that we’ll never witness things like scrambled eggs turning raw.
La idea de Boltzmann era aplicar el razonamiento estadístico a esta conducta. Él descubrió que un sistema evoluciona a un estado desordenado debido a que es más probable. Sin embargo, la opción contraria no es imposible, pero sí tan improbable, que jamás veremos huevos cocidos volver a ser crudos.
But if the universe exists over an infinitely long time, extremely unlikely events will happen, including complex things forming out of random combinations of particles. So what does that look like in a hypothetical infinitely old universe? In this unremarkable stretch of near-nothingness, about eight octillion atoms randomly come together to form a replica of the Thinker made of pasta. It instantly dissolves. Over here, these particles suddenly form something like a brain. It’s filled with false memories of a lifetime up to the present moment, when it perceives a video saying these very words, before decaying. And finally, by random fluctuations, all the particles in the cosmos concentrate in a single point, and an entire new universe spontaneously bursts into existence. Of those last two, which is more likely? The brain, by far— despite all its complexity, it’s a blip compared to an entire universe. Every one universe produced by random fluctuations has equivalent odds to heaps upon heaps of insta-brains. So by this reasoning, it seems extremely more likely that everything you believe to exist is actually a brief illusion, soon to be extinguished.
Pero si el universo existe por un periodo infinito de tiempo, eventos sumamente improbables terminarán sucediendo, como objetos complejos que se forman por combinaciones al azar de partículas. ¿Cómo se ve esto en un supuesto universo infinitamente viejo? En este ordinario tramo de un vacio casi absoluto, aproximadamente ocho octillones de átomos se unen al azar para formar una réplica de El Pensador, hecha de pasta. Se disuelve instantáneamente. De repente, estas partículas forman algo parecido a un cerebro. Está repleto de recuerdos falsos de alguna vida hasta el presente, cuando percibe un video que dice estas mismas palabras, antes de desmoronarse. Y finalmente, por fluctuaciones al azar, todas las partículas del cosmos se concentran en un solo punto, y un universo completamente nuevo empieza a existir espontánemente. De estas últimas hipótesis, ¿cuál es la más probable? La del cerebro, por mucho. Sin importar su complejidad, es un parpadeo comparado a todo un universo. Cada universo creado por fluctuaciones al azar, tiene las mismas probabilidades que un montón de cerebros instantáneos. Según este razonamiento, parece mucho más probable que todo lo que crees que existe sea una pequeña ilusión que pronto terminará.
Boltzmann didn’t get quite that far in his thinking; the brains themselves were introduced by later cosmologists building on his work. But they, like just about everyone else, were pretty sure that they themselves weren't just ephemeral brains. So the paradox was: how could they be correct and the universe be eternal? The resolution is something most take for granted today: that our universe has not existed forever, but rather time and space started with a Big Bang.
Boltzmann no llegó tan lejos con su pensamiento; estos cerebros fueron presentados por cosmólogos que estudiaban su trabajo Pero ellos, al igual que todo el mundo, estaban seguros de que ellos mismos no eran nada más cerebros efímeros. La paradoja era: ¿cómo pueden tener razón y el universo ser eterno? La solución es algo que muchos dan por sentado hoy: que nuestro universo no siempre existió, sino que el tiempo y el espacio comenzaron con el Big Bang.
So that’s the paradox over and done with, right? Well, maybe not. In the last century, scientists have found evidence supporting the theory of the Big Bang everywhere we look. Yet while we know that the Big Bang happened, no one knows what, if anything, preceded and caused it. Why did the universe begin in such an extremely ordered, and unlikely, state? Is our universe in an unending cycle of creation and collapse? Or might we be in one of many universes expanding within a multiverse?
Entonces, esto le da fin a la paradoja ¿cierto? Bueno, quizá no. En el último siglo, los científicos descubrieron evidencia, que apoya a la teoría del Big Bang, desde toda perspectiva. Sin embargo, si bien sabemos que el Big Bang sucedió, nadie sabe qué lo precedió o cuál fue su causa, si la hubiera. ¿Por qué el universo comenzó a existir en un estado tan ordenado e improbable? ¿Nuestro universo está en un ciclo de creación y colapso interminable? O ¿estamos en uno de muchos universos que se expanden dentro de un multi-verso?
In this context, Boltzmann’s paradox has found renewed interest by contemporary cosmologists. Some argue that leading models for where the universe came from still imply that Boltzmann brains are more likely than human brains, suggesting something’s amiss. Others counter that slight modifications of the cosmological models would avoid the problem, or that Boltzmann’s brains can’t actually physically form. Some researchers even attempted to calculate the probability of a brain popping out of random quantum fluctuations long enough to think a single thought. They got this incredible number whose denominator is 10 to a number about a septillion times larger than the number of stars in the universe. The Boltzmann brain paradox, despite its absurdity, is useful because it creates a bar that models have to rise to. If, compared to numbers like this one, the current state of the universe is exceedingly unlikely, something in the model is almost certainly wrong. Unless you’re the one who is wrong...
En este contexto, la paradoja de Boltzmann ha causado un nuevo interés en los cosmólogos contemporáneos. Algunos dicen que los modelos principales sobre de dónde proviene el universo implican que los cerebros de Boltzmann son más probables que los humanos, lo que sugiere que algo anda mal. Otros contestan que ligeras modificaciones de los modelos cosmológicos evitarían el problema, o que los cerebros de Boltzmann no pueden tomar forma física realmente. Algunos investigadores incluso intentaron calcular la probabilidad de la aparición de algún cerebro mediante fluctuaciones cuánticas al azar con suficiente tiempo para tener un solo pensamiento. Llegaron a un número increíble cuyo denominador es 10 sobre un número aproximado a un septillón de veces mayor al número de estrellas en el universo. La paradoja de cerebro de Boltzmann, a pesar de lo absurdo, es útil porque crea una vara que los modelos tienen que alcanzar. Si, comparado a números como éste, el estado actual del universo es excesivamente improbable es casi seguro que algo en el modelo está mal. A menos que seas tú quien está equivocado...