Was ist die Boltzmann-Gehirnhypothese?

Boltzmann-Gehirne sind eine theoretische Vorhersage von Boltzmanns Erklärung über den thermodynamischen Zeitpfeil. Obwohl Ludwig Boltzmann selbst dieses Konzept nie diskutierte, kamen sie zustande, als Kosmologen seine Ideen über zufällige Schwankungen anwendeten, um das Universum als Ganzes zu verstehen.

Ludwig Boltzmann war einer der Gründer des Feldes von Thermodynamik im neunzehnten Jahrhundert. Eines der Schlüsselkonzepte war das zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, was besagt, dass die Entropie von a geschlossenes System nimmt immer zu. Da das Universum ein geschlossenes System ist, würden wir erwarten, dass die Entropie mit der Zeit zunimmt. Dies bedeutet, dass bei genügend Zeit der wahrscheinlichste Zustand des Universums ein Zustand ist, in dem sich alles im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, aber wir klar gibt es in einem Universum dieser Art nicht, denn schließlich gibt es überall um uns herum Ordnung in verschiedenen Formen, nicht zuletzt die Tatsache, dass wir existieren.

In diesem Sinne können wir das anthropische Prinzip anwenden, um unsere Argumentation zu informieren, indem wir berücksichtigen, dass wir tatsächlich existieren. Hier wird die Logik etwas verwirrend, daher werden wir die Wörter aus ein paar detaillierteren Blicken auf die Situation entlehnen. Wie vom Kosmologen Sean Carroll in "Von der Ewigkeit nach hier" beschrieben:

Boltzmann rief an das anthropische Prinzip (obwohl er es nicht so nannte), um zu erklären, warum wir uns nicht in einer der sehr häufigen Gleichgewichtsphasen befinden würden: Im Gleichgewicht kann das Leben nicht existieren. Wir wollen natürlich die häufigsten Bedingungen in einem solchen Universum finden, die für das Leben gastfreundlich sind. Oder wenn wir vorsichtiger sein wollen, sollten wir vielleicht nach Bedingungen suchen, die nicht nur gastfreundlich sind Leben, aber gastfreundlich für die besondere Art von intelligentem und selbstbewusstem Leben, das wir gerne für uns halten sind...

Wir können diese Logik zu ihrem endgültigen Abschluss bringen. Wenn wir einen einzigen Planeten wollen, brauchen wir sicherlich keine hundert Milliarden Galaxien mit jeweils hundert Milliarden Sternen. Und wenn wir eine einzelne Person wollen, brauchen wir sicherlich keinen ganzen Planeten. Aber wenn wir tatsächlich eine einzige Intelligenz wollen, die in der Lage ist, über die Welt nachzudenken, brauchen wir nicht einmal einen ganzen Menschen - wir brauchen nur sein oder ihr Gehirn.

Also die reductio ad absurdum In diesem Szenario wird die überwiegende Mehrheit der Intelligenzen in diesem Multiversum einsam sein. körperlose Gehirne, die allmählich aus dem umgebenden Chaos herausschwanken und sich dann allmählich wieder auflösen hinein. Solche traurigen Kreaturen wurden von Andreas Albrecht und Lorenzo Sorbo "Boltzmann-Gehirne" genannt ...

In einem Artikel von 2004 diskutierten Albrecht und Sorbo in ihrem Aufsatz "Boltzmann-Gehirne":

Vor einem Jahrhundert betrachtete Boltzmann eine „Kosmologie“, in der das beobachtete Universum als seltene Schwankung aus einem Gleichgewichtszustand betrachtet werden sollte. Die Vorhersage dieses Standpunkts ist ganz allgemein, dass wir in einem Universum leben, das die Gesamtentropie des Systems im Einklang mit bestehenden Beobachtungen maximiert. Andere Universen treten einfach als viel seltenere Schwankungen auf. Dies bedeutet, dass so viel wie möglich des Systems so oft wie möglich im Gleichgewicht sein sollte.

Unter diesem Gesichtspunkt ist es sehr überraschend, dass wir das Universum um uns herum in einem Zustand mit so niedriger Entropie finden. Tatsächlich ist die logische Schlussfolgerung dieser Argumentation absolut solipsistisch. Die wahrscheinlichste Schwankung, die mit allem übereinstimmt, was Sie wissen, ist einfach Ihr Gehirn (komplett mit „Erinnerungen“ an die Hubble Deep Fields, WMAP-Daten usw.) schwanken kurz aus dem Chaos heraus und gleichen sich dann sofort wieder ins Chaos aus nochmal. Dies wird manchmal als "Boltzmanns Gehirn" -Paradox bezeichnet.

Der Sinn dieser Beschreibungen besteht nicht darin, darauf hinzuweisen, dass Boltzmann-Gehirne tatsächlich existieren. So ähnlich wie die Schrödingers Katze Gedankenexperiment, der Sinn dieser Art von Gedankenexperiment ist es, die Dinge so weit wie möglich auszudehnen extreme Schlussfolgerung, um die möglichen Einschränkungen und Mängel dieser Art aufzuzeigen Denken. Die theoretische Existenz von Boltzmann-Gehirnen ermöglicht es Ihnen, sie rhetorisch als Beispiel für etwas Absurdes zu verwenden, das sich aus thermodynamischen Schwankungen manifestiert, wie Carroll sagt: "Es wird zufällige Schwankungen in der Wärmestrahlung geben, die zu allen möglichen unwahrscheinlichen Ereignissen führen - einschließlich der spontanen Erzeugung von Galaxien, Planeten und Boltzmann-Gehirnen."

Nachdem Sie nun das Boltzmann-Gehirn als Konzept verstanden haben, müssen Sie ein wenig zum Verständnis des "Boltzmann-Gehirnparadoxons" übergehen, das durch die Anwendung dieses Denkens in diesem absurden Ausmaß verursacht wird. Wieder wie von Carroll formuliert:

Warum befinden wir uns in einem Universum, das sich allmählich aus einem Zustand unglaublich niedriger Entropie entwickelt, anstatt isolierte Kreaturen zu sein, die kürzlich vom umgebenden Chaos schwankten?

Leider gibt es keine klare Erklärung, um dieses Problem zu lösen... Deshalb wird es immer noch als Paradox eingestuft. Carrolls Buch konzentriert sich auf den Versuch, die aufgeworfenen Fragen zu lösen Entropie im Universum und im kosmologischen Pfeil der Zeit.

Amüsanterweise schaffte es Boltzmann Brains auf verschiedene Weise in die Populärkultur. Sie tauchten als kurzer Witz auf ein Dilbert-Comic und als außerirdischer Eindringling in einer Kopie von "The Incredible Hercules".