揭秘“玻爾茲曼大腦”:我們生活的世界是客觀真實還是虛擬的?
更新于:2025-04-11 13:09:11

關於幻境與現實之間的議題本身就涵蓋了廣泛的領域,而我們自身意識的真偽辨別也顯得模糊不清。連玻爾茲曼都曾提出,如果人類能夠擁有意識,那麼宇宙中為何不能存在其他具備自我意識的個體呢?

這種意識既看不見也摸不到,難以辨別真假,就如同“缸中之腦”這一設想一般,特殊而又神秘。

那麼,“缸中之腦”是怎樣的一個概念呢?

1981年,美國科學家普特南提出了一項著名的假說——缸中之腦。設想是這樣的:若將一個人的大腦完整取出,置於特製的營養液裡,再連接電腦,通過程式設計向其發送感官信號,便有可能營造出一種幻覺,讓該大腦以為自己仍在正常生活與活動之中。

在這樣的電腦程式中,一切如常,他的友人彷彿仍在與他交談,父母依舊疼愛他,戀人也仍舊與他恩愛,一切看似真實的生活,其實都只是電腦控制下的產物……

這似乎暗示了一個觀點,即我們所處的現實空間可能並非真實。

玻爾茲曼又是何許人也?

玻爾茲曼,全名路德維希·玻爾茲曼,1844年生於維也納,是奧地利著名的物理學家與哲學家,他更是熱力學與統計物理學的奠基人之一。

玻爾茲曼不僅對麥克斯韋的分子運動理論進行了發展,將物理體系的熵與概率聯繫起來,還闡明瞭熱力學第二定律的統計本質,並提出了能量均分理論。1872年,他建立了描述氣體從非平衡態到平衡態變化過程的玻爾茲曼方程,並在1877年提出了著名的玻爾茲曼熵公式。

然而,這位傑出的科學家在1906年以自殺的方式終結了生命,現被安葬於維也納中央公墓。

先來瞭解一下所謂的熵增原理。

實際上,熱力學第二定律的另一種表達,描述了不可逆過程。簡單來說,就是熱量無法自發地從低溫物體傳遞至高溫物體。

在宇宙尺度來看,這個過程就是宇宙隨著時間推移,由有序狀態向無序狀態演化的過程,這個過程也就是熵不斷增加的過程。如果我們將宇宙看作一個封閉系統,隨著內部熵的增加,宇宙的無序性也將隨之增大,也就是說,宇宙的秩序在不斷解體。

如果這樣發展下去,宇宙最終會達到一個完全均勻的熱動平衡狀態,宇宙將不再存在星系和星球,生命也將無從談起,科學家們將這一未來宇宙景象預言為“熱寂”狀態。

而玻爾茲曼大腦的悖論又是怎樣的呢?

在物理學中,時間的流轉並不影響物理定律的成立。而熵增原理又指出,熵具有方向性,不能在時間上倒退,否則就會違背該定律。

在宇宙中,人類的存在彷彿違反了自然規律,因為自出生起,人類就不斷通過攝取食物來減緩自身熵增的過程。因此,玻爾茲曼提出,像地球這樣高度有序、低熵狀態的宇宙,可能源於熵的隨機波動。因此,在宇宙中應該存在許多低熵態的自我意識體。

波動指的是系統偏離平衡態上下浮動的過程,波動幅度越大,概率越小;系統越大,波動發生的概率也越小。在概率學中,有這樣一種猜想:假設給一隻猴子一台打字機,足夠長的時間後,它能打出莎士比亞的全集,儘管這個概率極小。

玻爾茲曼大腦便是這樣的概念:宇宙中的原子偶然彙聚成一個大腦,這個孤立的大腦便是所謂的“玻爾茲曼大腦”。換句話說,只要時間足夠長,任何事情都有可能發生。

問題的焦點在於,宇宙初始的低熵狀態究竟從何而來?

熱力學第二定律告訴我們,宇宙在初始時是一個低熵狀態。從宇宙誕生至今,熵一直在增加。但它並未告訴我們,最初那個低熵狀態的宇宙是如何形成的。

玻爾茲曼進一步提出,在宇宙的長河中,大部分時間都處於高熵狀態。偶爾,會因波動而偏離平衡態,最終又回到平衡狀態。我們的低熵態宇宙就是由這樣一次極低概率的波動產生的。現在的宇宙,實際上正處於從偏離狀態回歸平衡狀態的過程,因此,在我們看來,宇宙正在熵增。然而,實際情況是,我們的宇宙處於這種狀態的概率極低。

但如果將宇宙分為多個部分,也許只有一小部分發生了波動。這樣的話,發生波動的概率就大大提高了。也就是說,在我們可觀測的宇宙之外,可能存在著廣闊的、處於熱寂狀態的宇宙區域。值得注意的是,在19世紀玻爾茲曼大腦理論提出時,大爆炸理論尚未誕生,因此,玻爾茲曼的觀點基本可以被排除。

當然,關於宇宙低熵狀態還有其他解釋,這裡不再贅述。

回到問題,玻爾茲曼大腦是否真實存在於宇宙中?

歷史上,玻爾茲曼大腦僅僅是在探討宇宙低熵狀態時所提出的一個想法,現實中並不會發生。儘管這個悖論一直被看作是熵和熱力學之間的矛盾,但實際上它並不是一個物理問題,而是一個數學上的概率問題。

理論上,隨機波動產生的玻爾茲曼大腦,完全可以再波動出一些記憶,甚至波動出一套成熟的感官系統,如同缸中之腦一般。

也就是說,你以為自己在螢幕前接受這段“資訊”,但“資訊”本身可能只是一次“波動”的結果,而“你”就是那個獨立存在且持續“活躍”的玻爾茲曼大腦,你的所有記憶和感知,都只是“熵的舞動”。

玻爾茲曼大腦可以說是物理學領域最“有趣”的思想實驗之一,儘管本質上是一個“自證”問題,但其本質決定了它無法被自證,因為一切,包括“自證”,都可能只是“熵的隨機波動”。

在可以預見的未來,隨著計算機技術和腦科學研究的不斷進步,最高端的“腦機介面”技術或許可以徹底“蒙蔽”一個人的所有感官,讓他生活在一個對他來說無比真實、但在外界看來完全虛擬的世界裡。

那麼,是在“虛擬世界”中隨心所欲地活著,還是在“現實世界”里堅守所謂的“真實存在”,過著平凡的生活呢?