Was ist die Boltzmann-Gehirnhypothese?

Das Boltzmann-Gehirn ist eine theoretische Vorhersage von Boltzmanns Erklärung des thermodynamischen Zeitpfeils. Ludwig Boltzmann selbst hat dieses Konzept zwar nie diskutiert, es entstand jedoch, als Kosmologen seine Vorstellungen von zufälligen Schwankungen anwendeten, um das Universum als Ganzes zu verstehen.

Boltzmann Gehirn Hintergrund

Ludwig Boltzmann war einer der Begründer der Thermodynamik im 19. Jahrhundert. Eines der Schlüsselkonzepte war der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Entropie eines geschlossenen Systems immer größer wird. Da das Universum ein geschlossenes System ist, würden wir erwarten, dass die Entropie mit der Zeit zunimmt. Dies bedeutet, dass bei genügend Zeit der wahrscheinlichste Zustand des Universums ein Zustand ist, in dem sich alles im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, aber in einem solchen Universum existieren wir eindeutig nicht, da schließlich überall Ordnung herrscht verschiedene Formen, von denen nicht zuletzt die Tatsache ist, dass wir existieren.

In diesem Sinne können wir das anthropische Prinzip anwenden, um unsere Überlegungen zu untermauern, indem wir berücksichtigen, dass wir tatsächlich existieren. Hier wird die Logik ein wenig verwirrend, deshalb werden wir uns die Worte von ein paar detaillierteren Blicken auf die Situation leihen. Wie der Kosmologe Sean Carroll in "From Eternity to Here" beschrieben hat:

Boltzmann berief sich auf das anthropische Prinzip (obwohl er es nicht so nannte), um zu erklären, warum wir uns nicht in einer der sehr häufigen Gleichgewichtsphasen befinden würden: Im Gleichgewicht kann das Leben nicht existieren. Es ist klar, dass wir die häufigsten Bedingungen in einem solchen Universum finden wollen, die für das Leben gastfreundlich sind. Oder, wenn wir vorsichtiger sein wollen, sollten wir nach Bedingungen suchen, die nicht nur für das Leben gastfreundlich sind, sondern auch für die besondere Art von intelligentem und selbstbewusstem Leben, für das wir uns gerne halten ...

Wir können diese Logik zu ihrem endgültigen Schluss bringen. Wenn wir einen einzelnen Planeten wollen, brauchen wir mit Sicherheit keine hundert Milliarden Galaxien mit jeweils hundert Milliarden Sternen. Und wenn wir eine einzelne Person wollen, brauchen wir auf keinen Fall einen ganzen Planeten. Aber wenn wir tatsächlich eine einzige Intelligenz wollen, die in der Lage ist, über die Welt nachzudenken, brauchen wir nicht einmal einen ganzen Menschen - wir brauchen nur sein oder ihr Gehirn.

Also die reductio ad absurdum In diesem Szenario wird die überwiegende Mehrheit der Intelligenzen in diesem Multiversum einsame, körperlose Gehirne sein, die allmählich aus dem umgebenden Chaos herausschwanken und sich dann allmählich wieder darin auflösen. Solche traurigen Wesen wurden von Andreas Albrecht und Lorenzo Sorbo als "Boltzmann-Gehirne" bezeichnet ...

In einer Arbeit von 2004 diskutierten Albrecht und Sorbo "Boltzmann-Gehirne" in ihrem Aufsatz:

Vor einem Jahrhundert betrachtete Boltzmann eine „Kosmologie“, in der das beobachtete Universum als eine seltene Schwankung eines Gleichgewichtszustands angesehen werden sollte. Die Vorhersage dieser Sichtweise ist ganz allgemein, dass wir in einem Universum leben, das die gesamte Entropie des Systems maximiert, die mit den vorhandenen Beobachtungen übereinstimmt. Andere Universen treten einfach als viel seltenere Schwankungen auf. Dies bedeutet, dass so viel wie möglich des Systems so oft wie möglich im Gleichgewicht sein sollte.

Aus dieser Sicht ist es sehr überraschend, dass wir das Universum in einem so niedrigen Entropiezustand vorfinden. Tatsächlich ist die logische Schlussfolgerung dieser Argumentation absolut solipsistisch. Die wahrscheinlichste Fluktuation, die mit allem übereinstimmt, was Sie wissen, ist einfach Ihr Gehirn (einschließlich „Erinnerungen“ an die Hubble Deep-Felder, WMAP-Daten usw.), das aus dem Chaos ausbricht und sich dann sofort wieder ins Chaos ausgleicht. Dies wird manchmal als Paradoxon des „Boltzmann-Gehirns“ bezeichnet.

Der Sinn dieser Beschreibungen ist nicht, dass Boltzmann-Gehirne tatsächlich existieren. Ähnlich wie beim Katzen-Gedankenexperiment von Schrödinger besteht der Sinn dieses Gedankenexperiments darin, die Dinge bis zu ihrem äußersten Ende zu strecken, um die möglichen Grenzen und Fehler dieser Denkweise aufzuzeigen. Die theoretische Existenz von Boltzmann-Gehirnen erlaubt es Ihnen, sie rhetorisch als ein Beispiel für etwas Absurdes zu verwenden, das sich aus thermodynamischen Fluktuationen manifestiert, wie es Carroll sagt. "Es wird zufällige Schwankungen in der Wärmestrahlung geben, die zu allerlei unwahrscheinlichen Ereignissen führen - einschließlich der spontanen Erzeugung von Galaxien, Planeten und Boltzmann-Gehirnen."

Nun, da Sie Boltzmann-Gehirne jedoch als Konzept verstehen, müssen Sie etwas weiter gehen, um das "Boltzmann-Gehirn-Paradoxon" zu verstehen, das durch die Anwendung dieses Denkens in diesem absurden Ausmaß verursacht wird. Nochmals, wie von Carroll formuliert:

Warum befinden wir uns in einem Universum, das sich allmählich aus einem Zustand unglaublich niedriger Entropie entwickelt, anstatt isolierte Wesen zu sein, die vor kurzem vom umgebenden Chaos abgewichen sind??

Leider gibt es keine eindeutige Erklärung, warum dies immer noch als Paradox eingestuft wird. Carrolls Buch konzentriert sich auf den Versuch, die Fragen zu klären, die es über die Entropie im Universum und den kosmologischen Pfeil der Zeit aufwirft.

Popkultur und Boltzmann-Köpfe

Amüsanterweise hat es Boltzmann Brains auf verschiedene Arten in die Populärkultur geschafft. Sie tauchten als schneller Witz in einem Dilbert-Comic und als außerirdischer Eindringling in einer Kopie von "The Incredible Hercules" auf.