玻尔兹曼大脑实验:宇宙是由人类的意识构成的么?

葫芦科普 2023-11-05 18:53:13

我们的思维是如何产生的?这是一个哲学和科学都一直探索的问题。一种常见的观点是,思维来源于我们的五官感知信息,也就是说,我们通过眼睛、耳朵、鼻子、舌头和皮肤接收外界的刺激,然后在大脑中加工和解释,形成我们的认知和判断。这种观点认为,如果我们没有五官,我们就无法思考,因为我们没有任何信息来源。

但是,这种观点并不完全正确。事实上,即使我们拿掉了五官,我们也可以通过模拟信息欺骗大脑,让它产生思维。例如,有一种称为“神经接口”的技术,可以直接将电信号传送到大脑的某些区域,刺激它们产生特定的感觉。这样,我们就可以在没有真实刺激的情况下,感受到视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。这种技术已经被用于治疗失明、失聪、瘫痪等疾病,也被用于娱乐和游戏等领域。

那么,如果我们的五官感知信息都是虚假的,我们的思维还有什么意义呢?我们怎么知道我们是真实的,还是只是一个模拟的产物呢?这是一个很深刻的问题,也是许多科幻小说和电影的主题。例如,《黑客帝国》中的人类都生活在一个叫做“矩阵”的虚拟现实中,他们的五官感知信息都是由电脑程序控制的,而他们的真实身体则被机器利用作为能源。只有少数人能够觉醒,发现真相,然后反抗机器的统治。

我们可以从哲学的角度来回答这个问题。有一种称为“唯我论”的哲学流派,认为只有自己的意识是真实的,其他一切都是虚幻的。这种流派的代表人物是笛卡尔,他提出了一个著名的思想实验,称为“恶魔假说”。他说,也许有一个强大的恶魔,他可以控制我们的五官感知信息,让我们看到、听到、闻到、尝到和触摸到一切都是假的,而我们自己也不知道。那么,我们怎么能确定自己的存在呢?笛卡尔的答案是,“我思故我在”。也就是说,即使我们的五官感知信息都是虚假的,我们的意识思考的事实却不会被虚假信息撼动,因为思考本身就是一种存在的证明。这也是笛卡尔的名言,也是西方哲学的基石之一。

我们已经看到,我们的思维并不完全依赖于我们的五官感知信息,而是有一定的独立性和自主性。但是,这并不意味着我们的思维就是绝对的、永恒的和不可改变的。事实上,我们的思维也是受到物理定律的制约的,也有可能是一种偶然的、暂时的和不稳定的现象。为了说明这一点,我们可以参考一个著名的思想实验,称为“玻尔兹曼大脑”。

玻尔兹曼大脑的思想实验是由奥地利物理学家玻尔兹曼在19世纪末提出的,他是热力学和统计力学的奠基人之一。为了理解这个思想实验,我们首先要了解一个物理学的基本概念,称为“熵”。熵是一种用来衡量系统的无序程度的物理量,它的数值越大,表示系统越无序,越混乱,越难以预测。例如,一杯冰水的熵比一杯热水的熵要小,因为冰水的分子运动比较缓慢,比较有序,比较容易描述。而热水的分子运动比较快速,比较无序,比较难以描述。

热力学的第二定律告诉我们,一个孤立的系统(也就是说,一个不与外界交换能量和物质的系统)的熵总是会增加,或者至少保持不变,而不会减少。这就是所谓的“熵增定律”。这个定律意味着,一个孤立的系统总是会趋向于最大的无序和混乱,而不会自发地出现有序和秩序。例如,一杯冰水如果放在一个孤立的保温瓶中,它的熵会随着时间的推移而增加,因为冰会融化,水的温度会均匀,分子的运动会更加无序。而一杯冰水不会自发地变成一杯热水和一块冰,因为这样会降低系统的熵,违反熵增定律。

但是,熵增定律并不是绝对的,它只是一个统计规律,也就是说,它只是描述了一个孤立的系统的平均行为,而不是每一个具体的状态。事实上,一个孤立的系统在熵增的过程中,也有可能出现一些局部的、短暂的、偶然的低熵状态,也就是说,也有可能出现一些局部的、短暂的、偶然的有序和秩序。这种现象称为“涨落”,它是由于系统中的分子运动的随机性造成的。例如,一杯冰水在保温瓶中的熵虽然总体上是增加的,但是也有可能在某一时刻,某一部分的水分子的速度比较慢,形成一个小冰块,而另一部分的水分子的速度比较快,形成一个小热水。这样,系统的熵就会暂时地降低,出现一个低熵状态。当然,这种低熵状态是非常不稳定的,很快就会被其他的分子运动所打破,恢复到高熵状态。

那么,这种涨落现象有什么意义呢?它对我们的思维有什么影响呢?为了回答这些问题,我们可以从生命的起源来看,生命是一种非常有序和复杂的现象,它的熵比非生命的物质要低得多。那么,生命是如何在一个总体上熵增的宇宙中出现的呢?有一种可能的解释是,生命也是一种涨落现象,也就是说,生命是由于某些特殊的条件下,某些分子的随机组合,形成了一个局部的、短暂的、偶然的低熵状态,然后通过自我复制和进化,维持和扩展了这种低熵状态。这种解释并不违反熵增定律,因为生命并不是一个孤立的系统,它需要不断地从外界获取能量和物质,来抵消自身的熵增。例如,植物需要从太阳获取光能,动物需要从食物获取化学能,人类需要从燃料获取热能等等。这些能量的获取和利用,都会导致外界的熵增加,从而保证了整个系统的熵增。

如果生命是一种涨落现象,那么我们的思维也是一种涨落现象,因为我们的思维是由我们的大脑产生的,而我们的大脑是由生命的分子组成的。这就引出了玻尔兹曼大脑的思想实验。玻尔兹曼想象了一个极端的情况,他说,如果宇宙的熵增到了一个极限,也就是说,宇宙变成了一个均匀的、无结构的、无差异的、无信息的状态,那么,是否还有可能出现涨落现象呢?他的答案是,是的,但是非常非常非常小的可能性。他说,如果我们等待足够长的时间,也许会有一个极其罕见的情况,宇宙中的某些分子会偶然地聚集在一起,形成一个有序和复杂的结构,比如一个大脑。这个大脑会有一定的思维能力,它会感知到自己的存在,也许还会感知到一些虚构的环境,比如一个星球,一个太阳,一个月亮等等。这个大脑就是玻尔兹曼大脑,它是一种极端的低熵涨落产物。

玻尔兹曼大脑的思想实验给科学家们带来了一个令人震惊的推论,那就是,我们可能就是一个玻尔兹曼大脑,我们的思维和感知都是虚假的,我们的宇宙和生命都是不存在的。这个推论是基于一个概率的论证,也就是说,玻尔兹曼大脑出现的概率虽然非常小,但是比一个完整的宇宙和生命出现的概率还要大,因为一个完整的宇宙和生命需要更多的分子和更低的熵,而一个玻尔兹曼大脑只需要少量的分子和稍高的熵。因此,如果我们假设宇宙是一个孤立的系统,它的熵总是增加的,那么,我们更有可能是一个玻尔兹曼大脑,而不是一个真实的生命。

玻尔兹曼大脑的思想实验涉及到非常庞大和复杂的系统,比如宇宙和大脑,它们的分子数量和运动状态都是难以想象的。我们的计算机无法模拟这样的系统,也无法模拟它们的涨落现象。我们只能用一些简化的模型和公式来近似地描述它们,但是这些都是有失真和误差的。

玻尔兹曼大脑的思想实验是一个纯粹的理论猜想,它没有任何的实际意义和应用价值。它不能帮助我们解决任何的实际问题,也不能帮助我们改善任何的实际状况。它只能作为一个思维的游戏,让我们对我们的思维和存在有一些新的思考和感悟。

玻尔兹曼大脑的思想实验是一个非常有趣和有启发性的思想实验,它让我们对我们的思维和存在产生了新的认识和怀疑。但是,我们也要注意,这个思想实验并不是一个科学的理论,而只是一个哲学的假设,它有很多的局限性和问题。

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