Экспромт хорош тогда, когда хорошо подготовлен

Продолжаю штудировать статью "Disentangling Boltzmann Brains, the Time-Asymmetry of Memory, and the Second Law". Больцмановские мозги были только цветочки, а вот вам ягодки.

Авторы посвящают ключевую часть раздела 4 («Как и почему интуиция вводит нас в заблуждение») анализу того, почему наши воспоминания кажутся направленными исключительно в прошлое и на чём на самом деле основана эта асимметрия. Их рассуждение проходит через пять шагов и завершается поразительным выводом.

Память как физическая система

( Авторы начинают с формализации памяти в физических терминах )

Подкину крышесносительной физики вам в ленту.

Представьте себе Вселенную, достигшую теплового равновесия — состояния максимальной энтропии, в котором материя и энергия распределены равномерно, и в среднем ничего интересного не происходит. Это долгосрочная судьба, предсказываемая для нашей Вселенной (иногда называемая «тепловой смертью»).

Однако равновесие не является полностью статичным. Статистическая механика говорит нам, что даже в равновесии постоянно происходят случайные флуктуации. Большинство из них малы, но при достаточно большом времени произойдут сколь угодно большие и маловероятные флуктуации. Подождите достаточно долго — и частицы случайно сложатся в любую конфигурацию, какую можно вообразить: стул, планету, галактику или…

Тревожная идея

…мозг. Причём мозг, идентичный вашему прямо сейчас, со всеми вашими воспоминаниями, восприятиями, сенсорными сигналами и ощущением себя как личности, читающей этот текст. Такой мозг — возникающий как случайная флуктуация в остальном пустой равновесной Вселенной — называется «больцмановским мозгом» (BB), в честь Людвига Больцмана, который впервые обратил внимание на подобные рассуждения о флуктуациях в 1890-х годах.

Ключевая особенность: больцмановский мозг был бы субъективно неотличим от настоящего мозга. Он «ощущал» бы, что у него есть тело, «помнил» бы детство, «считал» бы, что живёт во Вселенной возрастом 14 миллиардов лет со звёздами и планетами — но всё это не было бы реальным. «Воспоминания» были бы случайными конфигурациями частиц, не связанными причинно с каким-либо настоящим прошлым.

Почему это проблема

Вот тревожный аргумент:

1. Если Вселенная проводит чрезвычайно долгое время в состоянии (или близком к состоянию) равновесия, флуктуации, порождающие изолированные мозги, будут происходить бесконечно часто.
2. Создание целой Вселенной с низкой энтропией — 14 миллиардов лет космической эволюции, приводящих к реальному мозгу на реальной планете — несоизмеримо менее вероятно, чем создание одного лишь мозга.
3. Следовательно, среди всех наблюдателей, имеющих «ваш» текущий опыт, подавляющее большинство — это больцмановские мозги, а не результат космической истории.
4. Из вероятностного аргумента самопозиционирования следует, что вы, скорее всего, являетесь больцмановским мозгом.

Это означало бы, что ваши воспоминания не отражают реального прошлого, ваши научные данные не фиксируют реальные эксперименты, а Вселенная, которую вы считаете наблюдаемой, не существует в том виде, как вы о ней думаете.

Почему это трудно отвергнуть

Наивный ответ — «но вероятность флуктуации BB невероятно мала» — упускает суть. Да, она мала за единицу времени, но если равновесие длится вечно (или астрономически долго), то малые вероятности, умноженные на колоссальное время, всё равно дают бесконечное число BB, значительно превосходящее число «обычных» наблюдателей.

Второй ответ — «мы знаем, что второе начало термодинамики выполняется, значит, в прошлом энтропия была ниже» — тоже проблематичен. Откуда мы знаем второе начало? Из экспериментальных данных и воспоминаний. Но именно они и ставятся под сомнение: больцмановский мозг обладал бы идентичными (но ложными) записями. Использование второго начала для опровержения гипотезы BB является круговым рассуждением, поскольку сама вера во второе начало опирается на доверие к нашим воспоминаниям.

Связь с космологией

Проблема стала острее с развитием современной космологии. В пространстве де Ситтера (к которому, по-видимому, стремится наша ускоренно расширяющаяся Вселенная) вакуум обладает малой, но ненулевой температурой, а квантовые флуктуации вечны. Некоторые модели инфляции и мультивселенной предсказывают, что больцмановские мозги должны многократно превосходить по числу обычных наблюдателей — что многие физики рассматривают как reductio ad absurdum против таких моделей, поскольку теория, предсказывающая «вы, вероятно, больцмановский мозг», подрывает собственную эмпирическую основу.