Kod dostępu do strony

Paradoks mózgu Boltzmanna jest argumentem przeciwko idei, że wszechświat wokół nas, z jego niewiarygodnie niską entropią wczesnych warunków i konsekwentną strzałką czasu, jest po prostu statystyczną fluktuacją wewnątrz jakiegoś wiecznego systemu, który spędza większość czasu w równowadze termicznej. Można w ten sposób uzyskać wszechświat taki jak nasz, ale jest bardziej prawdopodobne, że otrzymamy pojedynczą galaktykę, pojedynczą planetę, a nawet pojedynczy mózg – więc pomysł fluktuacji statystycznej wydaje się być wykluczony przez eksperyment. (Z potencjalnie głębokimi konsekwencjami.)

Pierwsze przywołanie argumentu wzdłuż tych linii, o ile mi wiadomo, pochodzi od Sir Arthura Eddingtona w 1931 roku. Ale jest to dość prosty argument, gdy tylko przyjmie się założenia (choć pozostają krytycy). Jestem więc pewien, że wiele osób myślało w podobny sposób, nie robiąc z tego wielkiej sprawy.

Jedną z tych osób, jak właśnie zauważyłem, był Richard Feynman. Na końcu swojego rozdziału o entropii w Feynman Lectures on Physics, zastanawia się jak uzyskać strzałkę czasu we wszechświecie rządzonym przez czasowo-symetryczne prawa bazowe.

Tak daleko jak wiemy, wszystkie podstawowe prawa fizyki, takie jak równania Newtona, są odwracalne. Skąd więc bierze się nieodwracalność? Pochodzi ona z porządku przechodzącego w nieporządek, ale nie zrozumiemy tego, dopóki nie poznamy pochodzenia porządku. Dlaczego sytuacje, w których znajdujemy się na co dzień, są zawsze poza równowagą?

Feynman, kierując się tą samą logiką co Boltzmann, rozważa możliwość, że wszyscy jesteśmy tylko statystyczną fluktuacją.

Jednym z możliwych wyjaśnień jest następujące. Spójrz ponownie na nasze pudełko z mieszanymi białymi i czarnymi cząsteczkami. Teraz jest to możliwe, jeśli będziemy czekać wystarczająco długo, przez czysty, rażąco nieprawdopodobny, ale możliwy, przypadek, że rozkład cząsteczek staje się w większości biały po jednej stronie i w większości czarny po drugiej. Po tym, jak czas idzie dalej i wypadki kontynuować, stają się bardziej mieszane ponownie.

Tak jedno możliwe wyjaśnienie wysokiego stopnia porządku w dzisiejszym świecie jest to, że jest to tylko kwestia szczęścia. Być może nasz wszechświat zdarzyło się mieć fluktuację jakiegoś rodzaju w przeszłości, w którym rzeczy się nieco oddzielone, a teraz są one biegnie z powrotem razem ponownie. Tego rodzaju teoria nie jest niesymetryczna, ponieważ możemy zapytać, jak wygląda rozdzielony gaz albo trochę w przyszłości, albo trochę w przeszłości. W obu przypadkach widzimy szarą smugę na granicy faz, ponieważ cząsteczki znów się mieszają. Bez względu na to, w którą stronę biegnie czas, gaz się miesza. Tak więc teoria ta mówiłaby, że nieodwracalność jest tylko jednym z wypadków życia.

Ale oczywiście nie wystarcza ona jako wyjaśnienie rzeczywistego wszechświata, w którym żyjemy, z tych samych powodów, które podał Eddington – argument Mózgu Boltzmanna.

Chcielibyśmy argumentować, że tak nie jest. Przypuśćmy, że nie patrzymy na całe pudełko naraz, lecz tylko na jego fragment. Następnie, w pewnym momencie, załóżmy, że odkrywamy pewien porządek. W tym małym kawałku białe i czarne są oddzielone. Co powinniśmy wywnioskować o stanie w miejscach, gdzie jeszcze nie zajrzeliśmy? Jeśli naprawdę wierzymy, że porządek powstał z całkowitego nieładu w wyniku fluktuacji, to z pewnością musimy wziąć pod uwagę najbardziej prawdopodobną fluktuację, która mogłaby go wytworzyć, a najbardziej prawdopodobnym warunkiem nie jest to, że reszta również uległa rozszczepieniu! Dlatego z hipotezy, że świat jest fluktuacją, wszystkie przewidywania są takie, że jeśli spojrzymy na część świata, której nigdy wcześniej nie widzieliśmy, znajdziemy ją wymieszaną, a nie taką jak kawałek, na który właśnie spojrzeliśmy. Gdyby nasz porządek wynikał z fluktuacji, nie spodziewalibyśmy się porządku nigdzie indziej niż tam, gdzie właśnie go zauważyliśmy.

Po wskazaniu, że w rzeczywistości widzimy porządek (niską entropię) w nowych miejscach przez cały czas, przechodzi on do podkreślenia kosmologicznego pochodzenia Drugiego Prawa i strzałki czasu:

Wnioskujemy zatem, że wszechświat nie jest fluktuacją, a porządek jest pamięcią warunków, kiedy rzeczy się zaczęły. Nie znaczy to, że rozumiemy logikę tego zjawiska. Z jakiegoś powodu wszechświat w pewnym momencie miał bardzo niską entropię w stosunku do swojej zawartości energetycznej, a od tego czasu entropia wzrosła. Tak więc to jest droga ku przyszłości. Takie jest pochodzenie wszelkiej nieodwracalności, takie są procesy wzrostu i rozpadu, to sprawia, że pamiętamy przeszłość, a nie przyszłość, pamiętamy rzeczy, które są bliższe temu momentowi w historii wszechświata, kiedy porządek był wyższy niż teraz, i dlaczego nie jesteśmy w stanie zapamiętać rzeczy, w których nieporządek jest wyższy niż teraz, co nazywamy przyszłością.

I zamyka zauważając, że nasze rozumienie wczesnego wszechświata będzie musiało się poprawić zanim będziemy mogli odpowiedzieć na te pytania.

Ta jednokierunkowość jest powiązana z faktem, że zapadka jest częścią wszechświata. Ono być część the wszechświat nie tylko w the sens że ono przestrzegać the fizyczny prawo the wszechświat, ale swój jednokierunkowy zachowanie wiązać the jednokierunkowy zachowanie the cały wszechświat. Nie można go całkowicie zrozumieć, dopóki tajemnica początków historii wszechświata nie zostanie zredukowana jeszcze bardziej od spekulacji do naukowego zrozumienia.

Wciąż nad tym pracujemy.

.