存在的本源？玻尔兹曼大脑悖论与“人择原理”

奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼曾提出一个观点：如果已知的低熵态宇宙是来源于熵的涨落，那涨落中也应该会出现许多低熵的自我意识，比如一个孤单的大脑。这种孤单的大脑就被命名为波尔兹曼大脑。

奥地利著名物理学家：路德维希·玻尔兹曼

一、“玻尔兹曼大脑”是什么？

如果永恒暴涨模式是正确的话，那么，我们的宇宙只不过是“多元宇宙”中的一个。

只要获得足够的空间和时间，被称为“玻尔兹曼大脑”的意识程度最小的“目击者”就有可能出现，而且在数量上超越像我们这样的“普通目击者”。

由于虚空空间包含着一种被称为真空能量的排斥力，所以它最终可能催生颗粒、原子甚至理论上的意识性实体。这些假设的“玻尔兹曼大脑”，亦即对周围空间的“自发目击者”，对人类在宇宙中的地位提出了挑战。

那么，这些东西到底是什么呢？

从理论上讲，它们可能呈现几乎任何一种形式，但根据概率定律和量子力学，它们体积越大，结构越复杂，就越发不大可能显现。它们可能是脱离躯壳、带有眼球、飘浮在外层空间的大脑。它们可能由一个整体所构成，身裹太空服，配备氧气瓶。它们可能是人类的大脑、动物的大脑，或者由气体组成的智能外星人物种。不管根据研究人员达成的什么定义，真正重要的在于：它们具有发挥意识的资格。

它们甚至不一定是真实的大脑。举例来说，如果计算机能变得复杂到足以被视为一种意识，那么，它们同样具备这个资格。由于计算机芯片将大量的处理功率融入微小的空间，因此，硅基玻尔兹曼大脑的体积可能比生物大脑小得多。如果这样的话，那将会使意识性计算机更有可能从真空而不是生物实体中“横空出世”，意味着它们可能成为支配宇宙的主宰之一。

二、波尔兹曼大脑的发现与人择原理

请你考虑一下这个问题：为何你的耳朵具有它们现在的形状和位置？

答案也许是使得眼镜能配戴在耳朵上。

假如那样的话，耳朵必须存在且必须在它们现在的地方，而这正是眼镜的存在所决定的。这就是人择原理的最基本含义：正是因为人类的存在，才能解释我们这个宇宙的种种特性。

但是，这种思维是否从反方向来理解了呢？

如果说眼镜被设计成能适合耳朵，是否更准确些呢？假如耳朵长在别的地方或根本就不存在的话，那么，就会以不同的样式设计眼镜了。人择宇宙学原理（简称人择原理）由鲍罗和泰伯拉提出。这条原理很复杂，简言之，即“我们看到的宇宙之所以这个样子，乃是因为我们的存在。”

人择原理又分为弱人择原理和强人择原理。弱人择原理认为，我们生存在众多个宇宙演化模型中一个，假如我们不是身处现在这模型，即宇宙会以不同方式演化，我们也不会在这里。而强人择原理就更肯定宇宙一定会生出有智慧生物，不允许宇宙以其他不能够令我们生存之选择出现。

应用弱人则原理的一个例子，是“解释”为何大爆炸发生于大约100亿年之前——智慧生物需要那么长时间演化。一个早期的恒星必须首先形成，这些恒星将一些原先的氢和氦转化成像碳和氧这样的元素，由这些元素构成我们。然后恒星作为超新星而爆发，其裂片形成其他恒星和行星，其中包括太阳系，太阳系的年龄大约是50亿年，地球存在的头10到20亿年，对于任何复杂东西的发展都太热了。

余下的30亿年才用于生物进化的漫长过程，这个过程导致从最简单的机体到能够测量回溯到大爆炸那一瞬间的生物的形成。

很少人会对弱人择原理的有效性提出异议。然而，有的人走得更远并提出强人择原理。按照这个理论，存在许多不同的宇宙或者一个单独宇宙的许多不同的区域，每一个都有自己初始的结构，或许还有自己的一套科学定律。在这些大部分宇宙中，不具备复杂组织发展的条件；只有很少像我们的宇宙，在那里智慧生命得以发展并质疑：“为何宇宙是我们看到的这种样子？”回答很简单：如果它不是这个样子，我们就不会在这儿！

1988年11月，科学家们就一直讨论多年的论题——人类学的原理，召开了一次极有权威的科学会议。

“人类学的”（Anthropic）一词源于希腊语，意思是“与人有关的”。人类学原理试图强调，人类作为目击者，对宇宙的真正存在来说是必需的。

也许看来它的反面是正确的。我们是在一颗普通恒星的一个小的行星上，而这颗恒星湮没于包含了几千亿颗恒星的一个星系里，还有另外的恒星在其他1000亿个星系里。为什么如此无法想象的庞大的一个宇宙居然仅为我们而存在？

答案则是宇宙越小，它膨胀然后收缩而绝灭所需的时间就越少。对我们来说，为了取得进化时间，宇宙必须像它现在那样大。

此外，自然规律使得原子能够形成；大爆炸以后有过的经历似乎使恒星和星系得以形成。要不是原子、恒星和星系刚好能形成的话，那么我们自己就不可能形成。

量子理论也使得我们好像是必不可少的。根据量子理论，在有些情况下，我们实际上只有在观测到电子时才可能辨别它在做什么；而当没有观测到电子时，即使理论上也不可能推断它在做什么。

按照这个理论，某些科学家认为宇宙必须有目击者，而且自始至终必须有目击者。但另一方面，直到宇宙150亿岁时，最早的人类才进化。恐龙曾有资格当目击者吗？直到宇宙100亿岁时，地球本身才形成。这是否意味着在其他行星上有别的形式的生命曾作见证？否则它是否意味着宇宙是上帝仅仅为了人类的利益而创造的？而且那个上帝从头到尾是宇宙永恒的监护人吗？根据强人择原理，这个假定似乎是必然的。

然而，大多数科学家更喜欢弱人择原理。为了理解其意义是什么，请你考虑一下这个问题：为何你的耳朵具有它们现在的形状和位置？答案也许是使得眼镜能配戴在耳朵上。假如那样的话，耳朵必须存在且必须在它们现在的地方，而这正是眼镜的存在所决定的。

但这种思维恰巧是从相反方向来理解的。事实上，眼镜被设计成能适合耳朵，而不是反过来。假如耳朵长在别的地方或根本就不存在的话，那么就会以不同的样式设计眼镜。

同样情况，有可能存在无限多的宇宙，每个宇宙具有一组不同的自然规律。或许这无限多的宇宙中，除了一个之外，其余的宇宙所具有的自然规律都不容许生命存在。而仅有一个宇宙里，其自然规律确实考虑到了生命的存在。

这一个宇宙就应是我们的宇宙，而我们就在其中经历了进化，然后对这个宇宙显得多么恰好地适合于我们感到惊异。

我们怎样能断定弱人择原理是否正确呢？毕竟，我们自己的宇宙是我们所能观测的惟一一个宇宙。要是有无数个宇宙的话，那么可能有许多宇宙足够接近完美而容许我们这种生命生存。我们的宇宙应只是它们中的一个，且它也许不是最臻完美的。

三、玻尔兹曼大脑悖论

我们生活的世界有序性相当高，熵相当低，而宇宙在膨胀这一事实又说明宇宙过去曾经处于一个熵更低的状态。

热力学第二定律说明封闭宇宙的熵永远不会减少。

最可能的宇宙是一个高熵态物质分布均匀的宇宙。但为何我们能观测的宇宙熵如此之低？

对此，玻尔兹曼提出一个猜想：我们观测到的低熵世界来源于高熵宇宙的随机涨落。大的涨落可以造成熵很低的状态，概率也很低，但在宇宙广阔尺度下仍然会发生，而我们自身的存在也是来源于这种涨落带来的低熵世界。进一步演绎就可以得出：这种涨落有可能产生一个大脑——自我意识实体，而其概率比产生我们所处的低熵世界并进化出数量巨大的大脑的概率要大得多。可以计算出涨落出我们的世界的概率是，而涨落出玻尔兹曼大脑的概率是。

因此对于我们来说，宇宙中应该有很多这种孤单的玻尔兹曼大脑漂浮在无序中，他们有和我们不同的意识和记忆。因此对于宇宙来说观测者更有可能是这种随机涨落出现的大脑，而非人类这种进化出来的大脑。