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.
Откуда вы знаете, что вы являетесь человеком, прожившим вашу жизнь, а не только что сформировавшимся мозгом, полным искусственных воспоминаний и переживающим в данный момент галлюцинацию в виде реальности, не существующей в действительности? Этот вопрос может показаться абсурдным, но он не даёт покоя вот уже нескольким поколениям известных космологов. Они назвали этот вопрос парадоксом больцмановского мозга
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.
в честь выдающегося физика XIX века Людвига Больцмана. Он работал как раз тогда, когда учёные горячо спорили о том, существовала ли Вселенная бесконечно или какое-то конечное время. Основная заслуга Больцмана — совершённая им революция в термодинамике, области физики, изучающей энергию. Он по-новому интерпретировал энтропию, которая является мерой хаотичности системы. Целый стакан представляет собой упорядоченную систему, а разбитый вдребезги стакан — неупорядоченную. Второй закон термодинамики гласит, что замкнутые системы стремятся к хаотичности,
Boltzmann’s insight was applying statistical reasoning to this behavior.
то есть у вас не получится возвратить разбитый стакан в исходное состояние.
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.
Идея Больцмана заключалась в том, чтобы рассмотреть это явление статистически. Он обнаружил, что система постепенно приходит в более хаотичное состояние, потому что оно имеет бóльшую вероятность. Однако противоположный процесс не является невозможным — он просто настолько маловероятен, что мы никогда не увидим нашу яичницу превращающейся назад в сырое яйцо.
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.
Но если Вселенная существует бесконечно долго, то произойдут исключительно маловероятные события, включая формирование сложных образований путём случайных комбинаций частиц. Как же это происходит в гипотетически бесконечно долго существующей Вселенной? В тот ничем не примечательный период, когда практически ничего не существовало, около восьми октиллионов атомов случайным образом соединяются в виде копии «Мыслителя», состоящей из спагетти. И всё это мгновенно распадается. А тут эти частицы вдруг соединяются, образуя нечто наподобие мозга. Он полон ложных воспоминаний о жизни вплоть до настоящего момента, когда он видит видео с этими самыми словами, прежде чем всё исчезнет вновь. И наконец, после череды случайных флуктуаций все частицы во Вселенной сожмутся до одной единственной точки, из которой стихийно образуется новая вселенная. Какое из этих двух событий более вероятно? По сравнению со Вселенной мозг, несмотря на всю свою сложность, — лишь крошечный всплеск. Возникновение вселенной из случайных флуктуаций имеет ту же вероятность, что и возникновение громадного количества эфемерных мозгов. Если рассуждать таким образом, покажется намного более вероятным, что всё, что вам кажется существующим — на самом деле короткая иллюзия, которая скоро исчезнет.
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.
В своих размышлениях Больцман не заходил настолько далеко: о мозге заговорили более поздние космологи, развивавшие его работы. Но они, как и все остальные люди, были убеждены, что у них самих мозг не был эфемерным. Парадокс в том, как они могут быть правы при том, что Вселенная вечна? Решение в том, что принимается как данность сегодня: наша Вселенная не существовала вечно, а время и пространство возникли в результате Большого взрыва.
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?
То есть парадокс решён и с ним покончено раз и навсегда? Возможно, что и нет. За последние сто лет учёные обнаружили данные в пользу теории Большого взрыва, куда бы они ни смотрели во Вселенной. Хотя мы и знаем, что Большой взрыв произошёл, никто не знает, что существовало до него,— если вообще что-то существовало — и что стало его причиной. Почему Вселенная берёт своё начало из такого исключительно упорядоченного и маловероятного состояния? Является ли наша Вселенная бесконечным циклом созидания и разрушения? Или она одна из множества вселенных, расширяющихся внутри мультивселенной?
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...
В связи с этими вопросами к парадоксу Больцмана вновь вспыхнул интерес у современных космологов. Некоторые считают, что из основных моделей возникновения нашей Вселенной следует, что больцмановский мозг более вероятен, чем человеческий, из чего следует, что здесь что-то не так. Другие возражают, что небольшие изменения в космологических моделях помогут решить эту проблему или что больцмановский мозг не может сформироваться физически. Некоторые учёные даже попытались вычислить вероятность внезапного образования мозга из случайных квантовых флуктуаций, такого, чтобы через него успела проскочить хотя бы одна мысль. Они получили невероятное число, знаменатель которого — это 10 в степени, превышающей в септиллион раз количество звёзд во Вселенной. Несмотря на всю абсурдность парадокса больцмановского мозга, он полезен, поскольку он задаёт мерило для оценки моделей. Если по сравнению с этими цифрами состояние Вселенной на данный момент намного менее вероятно, данная модель почти наверняка ошибочна. Если только не ошибаетесь вы...