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.
Gerçekte var olmayan bir gerçekliği bir anlığına halüsinasyon gören, yapay anılarla dolu yeni oluşmuş bir beyin yerine hayatınızı yaşamış bir insan olduğunuzu nasıl anlarsınız? Bu kulağa saçma gelebilir ama birkaç kuşak üst düzey kozmoloğu geceleri ayakta tutuyor. Buna Boltzmann beyin paradoksu diyorlar.
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.
Adaşı Ludwig Boltzmann, bilim insanlarının evrenin sonsuz mu yoksa sonlu bir süre için mi var olduğunu tutkuyla tartıştıkları bir dönemde faaliyet gösteren bir 19. yüzyıl fizikçisiydi. Boltzmann’ın ana şöhret iddiası, enerjiyi inceleyen fizik dalı olan termodinamikte devrim yaratmaktı. Bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsü olan entropinin yeni bir yorumunu ortaya koydu. Bir cam düzenli bir sistemken kırık bir cam düzensiz. Termodinamiğin ikinci yasası, kapalı sistemlerin düzensizliğe eğilimli olduğunu belirtir; kırık bir camın eski haline döndüğünü görmeyeceksiniz.
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.
Boltzmann’ın öngörüsü, bu davranışa istatistiksel akıl yürütme uygulamaktı. Daha olası olduğu için bir sistemin daha düzensiz bir duruma evrimleştiğini buldu. Ancak bunun tersi imkansız değilken o kadar olası değil ki çırpılmış yumurtaların çiğ hale dönmesi gibi şeylere asla tanık olmayacağız.
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.
Ama evren sonsuz uzun bir süre boyunca var olursa rastgele parçacık kombinasyonlarından oluşan karmaşık şeyler de dahil olmak üzere son derece olası olmayan olaylar meydana gelecek. Öyleyse varsayımsal sonsuz eski bir evrende bu neye benziyor? Neredeyse hiçliğin bu olağanüstü uzantısında yaklaşık sekiz oktilyon atom, makarnadan yapılmış düşünen adamın bir kopyasını oluşturmak için rastgele bir araya geliyor. Anında çözülür, burada bu parçacıklar aniden beyin gibi bir şey oluşturur. Bozulmadan önce bu sözleri söyleyen bir videoyu algıladığı ana kadar bir ömür boyu sahte anılarla dolu olur. Son olarak rastgele dalgalanmalarla kozmostaki tüm parçacıklar tek bir noktada toplanır ve kendiliğinden patlayarak yepyeni bir evren oluşur. Son ikisinden hangisi daha olası? Beyin, şimdiye kadar tüm karmaşıklığına rağmen tüm bir evrene kıyasla çok küçük bir nokta. Rastgele dalgalanmalar tarafından üretilen her bir evren, insta-beyin yığınları üzerine yığınlar için eş değer olasılıklara sahip. Dolayısıyla bu akıl yürütmeyle var olduğuna inandığınız her şeyin aslında kısa bir illüzyon olması ve yakında sönmesi son derece daha olası görünüyor.
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 düşüncesinde o kadar ileri gitmedi; beyinler, daha sonraki kozmologlar tarafından onun çalışmalarına dayanarak tanıtıldı. Ama hemen hemen herkes gibi onlar da kendilerinin geçici beyinler olmadıklarından oldukça emindiler. Öyleyse paradoks şuydu: Nasıl doğru olabilirler ve evren sonsuz olabilir? Çözüm, bugün en çok kabul gören bir şey: Evrenimizin sonsuza kadar var olmadığı, aksine zaman ve uzayın Büyük Patlama ile başladığı.
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?
Yani bu paradoks eskide kaldı, değil mi? Belki de değil. Geçen yüzyılda bilim insanları, nereye baksak Büyük Patlama teorisini destekleyen kanıtlar buldular. Yine de Büyük Patlama’nın gerçekleştiğini bildiğimiz halde ondan önce neyin meydana geldiğini ve neden olduğunu kimse bilmiyor. Evren neden böylesine son derece düzenli ve olası olmayan bir durumda başladı? Evrenimiz bitmeyen bir yaratılış ve çöküş döngüsünde mi? Yoksa bir çoklu evren içinde genişleyen birçok evrenden birinde olabilir miyiz?
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...
Bu bağlamda Boltzmann’ın paradoksu çağdaş kozmologlar tarafından yeniden ilgi gördü. Bazıları, evrenin nereden geldiğine dair önde gelen modellerin hâlâ Boltzmann beyinlerinin insan beyninden daha olası olduğunu ima ettiğini ve bir şeylerin yanlış olduğunu öne sürdüğünü iddia ediyor. Diğerleri, kozmolojik modellerde yapılan küçük değişikliklerin sorunu önleyeceğini veya Boltzmann’ın beyinlerinin aslında fiziksel olarak oluşamayacağına karşı çıkıyor. Hatta bazı araştırmacılar, tek bir düşünceyi düşünecek kadar uzun bir süre boyunca rastgele kuantum dalgalanmalarından çıkan bir beynin olasılığını hesaplamaya bile çalıştılar. Paydası 10 üzeri bir sayı olan bu inanılmaz sayıyı, evrendeki yıldızların sayısından yaklaşık bir septilyon kat daha büyük bir sayı elde ettiler. Boltzmann beyin paradoksu, anlamsızlığına rağmen faydalı çünkü modellerin yükselmesi gereken bir çıta yaratır. Bunun gibi sayılarla karşılaştırıldığında evrenin şu anki durumu son derece olası değilse modelde bir şeylerin yanlış olduğu neredeyse kesin. Yanlış olan siz değilseniz.