Website access code

Boltzmannin aivoparadoksi on argumentti sitä ajatusta vastaan, että meitä ympäröivä maailmankaikkeus, jossa on uskomattoman matalaentrooppiset varhaiset olosuhteet ja siitä johtuva ajan nuoli, on vain tilastollinen vaihtelu jossakin ikuisessa systeemissä, joka viettää suurimman osan ajastaan lämpöepätasapainossa. Meidänlaisemme maailmankaikkeus voi syntyä tuolla tavoin, mutta on ylivoimaisesti todennäköisempää, että kyseessä on vain yksittäinen galaksi tai yksittäinen planeetta tai jopa vain yksittäiset aivot – joten tilastollisen vaihtelun ajatus näyttää olevan kokeellisesti poissuljettu. (Mahdollisesti syvällisin seurauksin.)

Ensimmäisen kerran tämänsuuntaiseen argumenttiin vetosi tietääkseni Sir Arthur Eddington vuonna 1931. Mutta se on melko suoraviivainen argumentti, kunhan oletukset hyväksytään (vaikka kritiikkiä on edelleen). Olen siis varma, että monet ihmiset ovat ajatelleet samansuuntaisesti tekemättä siitä suurta numeroa.

Yksi näistä ihmisistä, huomasin juuri, oli Richard Feynman. Feynman Lectures on Physics -teoksensa entropiaa käsittelevän luvun lopussa hän pohtii, miten saada aikaan ajan nuoli maailmankaikkeudessa, jota hallitsevat aikasymmetriset peruslait.

Sikäli kuin tiedämme, kaikki fysiikan peruslait, kuten Newtonin yhtälöt, ovat palautuvia. Mistä palautumattomuus sitten johtuu? Se tulee siitä, että järjestys muuttuu epäjärjestykseksi, mutta emme ymmärrä tätä ennen kuin tiedämme järjestyksen alkuperän. Miksi tilanteet, joihin joudumme joka päivä, ovat aina epätasapainossa?

Feynman pohtii samaa logiikkaa kuin Boltzmann, että me kaikki olemme vain tilastollista vaihtelua.

Yksi mahdollinen selitys on seuraava. Katsokaa jälleen laatikkoamme, jossa on sekaisin valkoisia ja mustia molekyylejä. Nyt on mahdollista, jos odotamme tarpeeksi kauan, että silkasta, äärimmäisen epätodennäköisestä, mutta mahdollisesta, sattumasta molekyylien jakauma muuttuu enimmäkseen valkoiseksi toisella puolella ja enimmäkseen mustaksi toisella puolella. Sen jälkeen, kun aika kuluu ja sattumat jatkuvat, ne sekoittuvat taas enemmän.

Siten yksi mahdollinen selitys nykymaailman suurelle järjestyneisyydelle on, että kyse on vain tuurista. Ehkä maailmankaikkeudessamme sattui menneisyydessä olemaan jonkinlainen heilahtelu, jossa asiat joutuivat jonkin verran erilleen, ja nyt ne juoksevat taas yhteen. Tällainen teoria ei ole epäsymmetrinen, koska voimme kysyä, miltä erkaantunut kaasu näyttää joko hieman tulevaisuudessa tai hieman menneisyydessä. Kummassakin tapauksessa näemme harmaata tahraa rajapinnassa, koska molekyylit sekoittuvat jälleen. Riippumatta siitä, mihin suuntaan ajamme aikaa, kaasu sekoittuu. Tämä teoria siis sanoisi, että palautumattomuus on vain yksi elämän sattumuksista.

Mutta se ei tietenkään riitä selitykseksi todelliselle maailmankaikkeudelle, jossa elämme, samoista syistä, jotka Eddington esitti – Boltzmannin aivo -argumentti.

Me haluaisimme väittää, että näin ei ole. Oletetaan, ettemme katso koko laatikkoa kerralla, vaan vain osaa laatikosta. Sitten, tietyllä hetkellä, oletetaan, että havaitsemme tietyn määrän järjestystä. Tässä pienessä palassa valkoinen ja musta ovat erillään. Mitä meidän pitäisi päätellä tilasta paikoissa, joihin emme ole vielä katsoneet? Jos todella uskomme, että järjestys on syntynyt täydellisestä epäjärjestyksestä jonkin vaihtelun kautta, meidän on varmasti otettava todennäköisin vaihtelu, joka sen voisi tuottaa, ja todennäköisin ehto ei ole se, että loputkin osat ovat erkaantuneet! Näin ollen hypoteesista, jonka mukaan maailma on fluktuaatio, kaikki ennusteet ovat, että jos katsomme osaa maailmasta, jota emme ole koskaan ennen nähneet, huomaamme sen olevan sekaisin, eikä samanlainen kuin se pala, jota juuri katsoimme. Jos järjestyksemme johtuisi vaihtelusta, emme odottaisi järjestystä missään muualla kuin siellä, missä olemme juuri huomanneet sen.

Huomautettuaan, että itse asiassa näemme järjestystä (matalaa entropiaa) koko ajan uusissa paikoissa, hän jatkaa painottamalla toisen lain kosmologista alkuperää ja ajan nuolta:

Johtopäätöksemme on siis se, että maailmankaikkeus ei ole vaihtelu ja että järjestys on muisto olosuhteista, joissa asiat alkoivat. Tämä ei tarkoita, että ymmärtäisimme sen logiikkaa. Jostain syystä maailmankaikkeudella oli aikoinaan energiasisältöönsä nähden hyvin alhainen entropia, ja sen jälkeen entropia on kasvanut. Se on siis tie kohti tulevaisuutta. Se on kaiken palautumattomuuden alkuperä, se saa aikaan kasvun ja hajoamisen prosessit, se saa meidät muistamaan menneisyyden emmekä tulevaisuutta, muistamaan asioita, jotka ovat lähempänä sitä hetkeä maailmankaikkeuden historiassa, jolloin järjestys oli korkeampi kuin nyt, ja miksi emme pysty muistamaan asioita, joissa epäjärjestys on korkeampi kuin nyt, mitä kutsumme tulevaisuudeksi.

Ja hän lopettaa huomauttamalla, että ymmärryksemme varhaisesta maailmankaikkeudesta täytyy parantua, ennen kuin voimme vastata näihin kysymyksiin.

Tämä yksisuuntaisuus liittyy toisiinsa sen tosiasian kanssa, että salpa on osa maailmankaikkeutta. Se ei ole osa maailmankaikkeutta vain siinä mielessä, että se noudattaa maailmankaikkeuden fysikaalisia lakeja, vaan sen yksisuuntainen käyttäytyminen on sidoksissa koko maailmankaikkeuden yksisuuntaiseen käyttäytymiseen. Sitä ei voida täysin ymmärtää ennen kuin maailmankaikkeuden historian alun mysteeri on vieläkin supistettu spekulaatiosta tieteelliseen ymmärrykseen.

Työskentelemme edelleen sen parissa.

Hän on vielä työn alla.