Физики заново пересмотрели парадокс «мозга Больцмана»: реальны ли наши воспоминания?

Мы доверяем своим воспоминаниям, потому что они кажутся естественными, и доверяем времени, потому что оно, по-видимому, течет только в одном направлении. Однако физика допускает и более странные возможности, которые бросают вызов этой интуиции. Credit: The Principles of Light and Color, 1878. Courtesy of the Smithsonian Libraries and Archives.

В новом исследовании профессор Института Санта-Фе (SFI) Дэвид Вольперт, член фрактального факультета SFI Карло Ровелли и физик Джордан Шарнхорст по-новому взглянули на знаменитую и тревожную идею в физике и космологии, известную как гипотеза «мозга Больцмана». Эта концепция предполагает, что наши воспоминания, восприятие и наблюдения могут вовсе не отражать реальное прошлое. Вместо этого они могли сформироваться случайным образом в результате флуктуаций энтропии, создавая видимость связной истории, которая никогда на самом деле не происходила.

Загадка проистекает из глубокого противоречия внутри статистической физики. Ключевой основой для понимания того, почему время, кажется, движется в одном направлении, является H-теорема Больцмана — центральный принцип статистической механики, связанный со вторым законом термодинамики. Этот закон объясняет, почему энтропия имеет тенденцию увеличиваться со временем, давая нам ощущение прошлого и будущего.

Однако сама H-теорема симметрична во времени, то есть она не отдает предпочтения одному направлению времени перед другим. Это создает удивительное следствие. С чисто формальной точки зрения, более вероятно, что паттерны, составляющие наши воспоминания и наблюдения, возникают из случайных флуктуаций энтропии, чем из реальной последовательности прошлых событий. Проще говоря, физика, по-видимому, допускает возможность того, что наши воспоминания не являются надежными записями, а представляют собой детализированные иллюзии, порожденные случайностью. Эта тревожная идея и определяет гипотезу «мозга Больцмана».

Как предположения о времени формируют дискуссию

Чтобы лучше понять эту проблему, исследователи построили формальную основу, которая изучает, как различные предположения влияют на выводы об энтропии и памяти. Их работа связывает гипотезу «мозга Больцмана», второй закон термодинамики и связанную с ними «гипотезу прошлого», которая предполагает, что Вселенная началась в состоянии с низкой энтропией.

Ключевой вопрос заключается в том, какие моменты времени считаются фиксированными при анализе того, как развивается энтропия. Некоторые подходы принимают текущее состояние Вселенной как данность и работают от него. Другие предполагают отправную точку с низкой энтропией в момент Большого взрыва. Важно, что законы физики не уточняют, какая из этих перспектив верна, оставляя пространство для интерпретации.

Порочный круг в аргументах об энтропии и памяти

Исследование вводит то, что авторы называют «энтропийной гипотезой», чтобы подчеркнуть ключевую проблему во многих существующих аргументах. Они показывают, что обсуждения энтропии, времени и памяти часто опираются на тонкие круговые рассуждения. В этих случаях предположения о прошлом используются для поддержки выводов, таких как надежность памяти или направление, в котором увеличивается энтропия. Затем те же самые выводы используются для оправдания исходных предположений.

Вместо того чтобы завершить дискуссию, исследователи сосредоточились на том, чтобы сделать эти скрытые структуры явными. Отделив роль физических законов от предположений, которые мы используем для их интерпретации, исследование предоставляет более прозрачный способ думать о давних вопросах, касающихся времени, энтропии и природы памяти.

Источники:

Материалы предоставлены Институтом Санта-Фе.

David Wolpert, Carlo Rovelli, Jordan Scharnhorst. Disentangling Boltzmann Brains, the Time-Asymmetry of Memory, and the Second Law. Entropy, 2025; 27 (12): 1227 DOI: 10.3390/e27121227