超越《黑客帝国》：波尔兹曼大脑实验让你重新审视自我和现实

题图:Cheva用AI生成

著名的科普动画频道油管科普动画频道kurzgesagt昨天出了一部新的动画短片，引起了网上很热烈的讨论。这部动画短片的题目有些细思极恐，像是高级版的《黑客帝国》，名字叫做《你可能只是宇宙做的一个梦》。不过他讨论的话题其实我在很久以前也讨论过的，就是物理学上著名的波尔兹曼大脑实验。

经典物理是一个非常有序的分支，它认为温度就是大量分子和原子的运动。一大团分子的平均运动速度越高，它的温度也就越高。而热力学带来的一个启示就是很多宏观上的现象或者概念都是分子原子这些微观粒子大量聚集相互作用产生的，包括生命、我们的大脑和我们的思维意识。如果还原到微观层面，也只不过是一大堆分子原子排列组合的结果。

而且热力学产生了一个非常有洞察力的物理学定律，它的使用范围已经远远超过物理学的，那就是熵增定律。熵这个概念在很多科普作品中都简单地把它说成是无序的程度，不过这个定义并不准确。是否有序和无序是很主观的概念，而熵是一个特定的、有严格公式可以严格计算出来的物理量。

准确地说，熵是一个宏观现象所对应的微观组合的数量。这些微观组合之间都有细微的差别，但是我们人类无法把它区分开来，认为它就是同一种状态。比如常见的例子，一滴墨汁掉入了水里，搅拌之后，那滴墨汁扩散到了水中的任一位置，而原来透明清澈的水变成了浅色的水，而且每一处的颜色都一样。

但是这一杯经过搅拌之后的水就是熵最大的状态，因为墨汁分子在水分子中的位置排列可以有数不清种选择，而我们人类看来它就是一杯搅拌均匀的水，它们都对应着搅拌均匀的水这个宏观表象。而热力学第二定律所说的就是，在封闭的系统内，熵总是会增大，也就是说它对应着我们人类无法分辨出差异状态组合是越来越多。

这样说还是很抽象，就是说它总是变得越来越对我们没有意义。尽管这些组合都各不相同，但对我们来说它们都代表着同一种意义。而热力学第二定律也是少数表明时间是在流动、单向流动 的物理定律之一，在其他绝大多数物理定律里面都不限制时间不能反向流动。所以会产生这样 的效果，也是因为我们人类无法辨别出差异的状态是占大多数的，所以随着时间的演进，它就越来越多地出现。

还是拿水做对比，如果你不去搅拌它，这样它就是一个封闭的系统，墨汁仍然会逐渐扩散，只是时间会长一点。但这个扩散的过程实际上就是熵增的过程。那有没有可能在某一个瞬间这些墨汁扩散开了之后又重新聚集在了一起呢？由于其他的物理定律并不禁止这一点，这是有可能的，只是在所有的墨汁分子分布的可能性、可能组合当中，这样又重新聚在一起的组合所占的比重太小了，我们需要很长很长的时间才能观测到。因为它是可能的，但是只要时间足够长，那就一定会发生。

那么，根据这个简单、这个还算并不复杂的原理，再结合现在宇宙学的一些推论，我们来推导一下，会发生什么有趣的事情呢？首先，第一个假设就是所有的宏观现象，包括我们的大脑、我们的思维、我们的意识，归根结底都是微观粒子的排列组合。第二，我们的宇宙在不断地膨胀，而且是在加速膨胀。这个被称为暗能量的力量不断地撑大我们的宇宙，并且还在不断地增多。如果这个继续保持下去的话，这就是我们宇宙终结的一个方式，叫大撕裂。最后所有的物体都将彼此远离，都将以超过光速的速度彼此远离。原子也会被撕裂，什么都不复存在。

但是如果真到了那一个最后的阶段，就会发生很有趣的事情。因为空间以超光速的速度扩张，就会像在黑洞边缘一样产生效应。著名的轮椅科学家霍金将广义相对论与量子力学结合起来，提出了霍金辐射 的概念。就是说在黑洞边缘会不断地产生粒子对。当我们这个宇宙被暗能量撑破变成接近真正 的真空时，在宇宙边缘也会产生霍金辐射效应，并让我们这个已经死亡 的宇宙重新充满各种粒子。

而已经死亡 的宇宙已经不会再继续演化了，还有足够长 的时间玩这种拼搭粒子积木 的游戏。理论上它可以实现任意 的粒子排列方式，其中包括突然排列出来一个海洋星球， 甚至突然又将这些粒子排列成了一个银河系。当然排列出银河系 的概率要远远低于排列出一个太阳系， 而更简单 的办法是突然又排列出来一个人， 这样 的概率又远远高于排列出一个太阳系了。

而更有意思 的是， 我们的大脑是长在我们的脑袋里面 的， 而脑袋是一个由头骨包裹起来的空壳，和外界没有任何直接的接触。我们所感受到的万事万物实际上都是通过神经传递到我们大脑中的信号。如果我们给一个大脑适当的刺激，完全可以让它以为自己生活在一个真实的世界中，而这个世界只是用我们的各种感官形成的虚拟世界。这就是所谓的缸中之脑。

而一个已经死亡的宇宙在无限的时间内玩排列粒子积木的游戏，随机排列粒子积木的游戏，而偶然排列出这样一个缸中之脑的可能性，这比原有粒子组装成一个人的可能性要大得多得多。这是因为组成大脑需要的粒子数量比组成一个人要少不少。这样的思维实验还有一个版本叫猴子打字机。如果有无限只猴子或者给一只猴子无限长的时间，让它随机地敲打打字机，虽然打出来的字99.9999%都是毫无意义的乱码，但是时间足够长的话，在一大堆乱码中碰巧有一句莎士比亚的十四行诗也是有可能的。毕竟这首诗句也只是众多字母排列方式中的一个而已。如果再给出长许多倍的时间，猴子甚至能够打出一部莎士比亚全集来。

那么这样算起来的话，我们每个人其实是波尔兹曼大脑的可能性远远超过我们是真实的人的可能性，而我们的这个世界只是一个死亡的宇宙为我们营造的虚幻的虚拟世界的可能性也远远大于它是真实 的可能性。这样说起来确实是让人细思极恐了，不过不管怎样，活在当下就好。