解釋一下玻爾茲曼大腦?

02-01

誰能深入淺出地解釋一下玻爾茲曼大腦，拜託了……^_^

謝邀。

波爾茲曼大腦是基於熱力學第二定律的產物。

熱力學第二定律中，一切自然系統的無序程度總是會自發地趨於增大（即熵增），由此定義了物理學（或者熱力學）中的時間正方向：熵增加的方向。

在統計物理學中，越是無序程度高的系統就越發穩定，或者說，越發地不可能產生特殊的變化，比如產生生命。因為生命是一種十分有序的體系（並不是細胞和分子的排列方式，而是運作形式），因而幾乎不可能出現在高度無序的系統中。事實也正是如此，生命誕生於宇宙的較早時期，即熵較小的時期，此時宇宙的無序程度還比較低，根據量子漲落，產生生命是一種概率很小卻完全有可能發生的事情，而一旦產生了最基本的生命形式，根據墨菲定律，總是會有那麼一些情況，生命可以不斷進化，直到產生足夠高的智慧。

比如人類自己。

然而，在宇宙早期，相對於人體來說，更簡單的大腦的出現實際上要比出現整個人體的概率更大，也就是說，人類在宇宙中發現曾經有過一種完全由大腦構成的生命形式的可能性要遠遠大於發現另一種類人生命的可能性，儘管這些可能基本都很難發生，或者說，不會發生。

這種大腦生命，就是波爾茲曼大腦。

只不過由於低熵狀態的漲落問題，這種大腦生命的誕生可能只是短短的一瞬間，甚至是誕生在距離其他天體極為遙遠的虛空中，然後就又因為漲落而消失了。但是，很難排除這樣的可能性，即有那麼一個或者一些波爾茲曼大腦存活了下來，並且在虛空中進行著遠超越人類思考能力極限的思考，甚至在思考中構建了我們所熟知的整個世界體系，即我們的世界不過是一個超級大腦構思出來的。

當然，這種看上去荒謬得足以拍成電影的類似於「缸中大腦」的概念並不具有太多的現實意義，因為現在就連物理學家們自己都不清楚世界究竟是每個人自己大腦構建的模型，還是真實存在的（不要把唯物主義那一套搬出來反駁，因為這其實是一個不可以和哲學有任何關係的嚴肅的科學話題）。波爾茲曼大腦的構想中的很多條件都與現實宇宙並不相符，所以可能這種構想只是一種猜想而已，不過對於理論物理的研究還是有不小的幫助，倒是不應該反對，雖然還是蠻細思極恐的。

科普知識了解不多，我儘力用常規語言解釋這個概念，希望對你有幫助。

以上。

（最後，感謝沈雨鷗同學不厭其煩地指出我的錯誤）

我總結一下，直接產生一個自由意志，比產生支持產生自由意識的低熵狀態的概率大的多，這個自由意識就是玻爾茲曼大腦。

玻爾茲曼大腦和無限猴子定理暗示的內容有異曲同工之妙。

實際上即使不用熵的概念也能表示出它的意思（反正這個佯謬只需要低熵態的一個性質：出現概率低），所以認為該佯謬基於熱力學第二定律（例如 @DK董事長上面所給的答案）是多餘的。

記「存在一個高度有序的外部世界」為事件A，「存在一個擁有對該外部世界的記憶的大腦」為事件B。我們假設P（A）遠小於P（B），因為看起來自發形成整個有序世界比形成一個有記憶的大腦要難得多。現在問題來了：我們知道自己有一個這樣的大腦，那麼此時事件A的條件概率P（A|B）是多少呢？

根據貝葉斯公式，P（A|B）=P（B|A）（P（A）/P（B））。注意到後一個括弧里的因子是很小很小的，因此，即使我們認為P（B|A）=1（即：在高度有序的外部世界中一定存在這樣的大腦），依然有P（A|B）約等於0，即：雖然知道我們有一個記憶著有序的外部世界的大腦，這個世界的真相依然很可能並不是這樣的。A事件很可能並沒有發生，高度有序的外部世界並不存在。

與缸中之腦這個經常被誤用的論題最大的不同是，玻爾茲曼腦會說明它那反直覺的結論有較高的條件概率，而缸中之腦實際上不對其中涉及的事件的概率下斷言（這種無聊的邪惡科學家的存在概率能有多高呢？），從而玻爾茲曼腦的悖論性遠強於缸中之腦。

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歷史上，玻爾茲曼確實是在研究熱力學第二定律的問題時想到了這一佯謬，但其實表達它並不需要它原來的研究動機。用普通的概率論語言足夠了。

而玻爾茲曼本人考慮的問題，即宇宙為什麼處在這樣的相對低熵態的疑難，其給出的解答是漲落說，這點當前最高票答案已經提過了。當然這結果和熱力學第二定律的基礎本身一樣，學界尚有爭議。

現在廣義相對論和量子力學都是不完備的。

同樣，熱力學第二定律也是不完備的。

想繞開對統一大理論的探索，直接用熱力學第二定律就解釋宇宙大爆炸和奇點，是不可能的！

具體反駁如下：

一、「均勻彌散」不適用於自引力系統

一個房子大小的氣體趨向於均勻彌散，但太陽那麼大質量且距離足夠近的氣體則趨向於聚集。對於「不受外力的穩定狀態」，熱力學第二定律才會使其均勻彌散。自引力系統顯然並不穩定，所以不適用。

事實上在宇宙「大爆脹」期過後，物質（費米子）大多數趨向於以恆星、黑洞等高度聚集的形式存在，並非均勻彌散。

二、「熱寂」的本質是光「子虛空」。

雖然大多數費米子以恆星、黑洞的形式存在，但其儲藏的優勢能量（費米子）還是被核聚變、霍金輻射等方式迅速地消耗為光子（波色子）等廢能量。

波色子沒有靜質量且以光速逃逸，按距離的平方稀釋，無法重新聚集。至此，宇宙大部分能量變為光子廢能量，只剩下極少量黑矮星，中子星和星際氣體。他們再次聚集的可能性極低。

這時「漲落」就起主導作用了，如果給定時間是無限，那再小概率的漲落也會發生。所以殘存的黑矮星，中子星和星際氣體還是會因「漲落」聚集為恆星、黑洞，然後再次「燒光」。

所以宇宙的熱力學歸宿是「光子虛空」。而不是到處彌散著氫氣和氦氣。

三、「光子虛空」中漲落不出「玻耳茲曼大腦」

光子再怎麼漲落，也漲落不出費米子，更漲落不出大腦。「漲落」反而還會把殘存的費米子聚集並「燒光」。所以如果宇宙起始時間在無限久遠之前，那麼「玻耳茲曼」大腦無法存在。

推到完畢。從中我們可以知道：

1、在引力當道的宇宙尺度，理想的「彈性小球」模型及其「均勻彌散概率最大」的數學概率論沒啥實際意義。

2、「熱力學第二定律」的本質是規定了費米子（優質能量）向波色子（廢能量）轉換的方向性。

波爾茲曼大腦是基於熱力學第二定律的產物。但是，熱力學第二定律只能適用於由很大數目分子所構成的系統及有限範圍內的宏觀過程，把它推廣到整個宇宙是很可疑的。整個宇宙很可能是開放不平衡系統，熱力學第二定律並不適用。

波爾茲曼大腦是假想的產生於混亂中熵的漲落的自我意識。自我意識是一種低熵態。奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼曾提出一個觀點：如果已知的低熵態宇宙是來源於熵的漲落，那漲落中也應該會出現許多低熵的自我意識，比如一個孤單的大腦。這種孤單的大腦就被命名為波爾茲曼大腦。

借用高票答案說幾句

嚴謹一點講可以這麼說，假設密閉空間里有一堆空氣分子，取一半做標記(也可以不做，猴子都打出莎士比亞了，你也可以根據電子狀態認清每一個空氣分子，這裡你只要記住其中一半就可以)，然後就是因為分子自由運動，這一半空氣分子恰好都在密閉空間的左半部分。概率很小吧。。。這個實驗主要是想說明，組成你大腦的原子恰好都碰到一塊了，然後按照十分複雜的順序排列，再然後運行。這個過程可以認為是熵的變低，即分子有序。目前已經有七十億的成功案例(算上其他物種數目更大)，猴子果然能打出毛概，細菌都能高考連續n年狀元，所以不排除宇宙中還有其它種類的類似事件發生，也就是說大腦不是進化來的，是宇宙熵的隨機漲落得來的，推廣到地球有七十億的案例，宇宙中其他地方某時某刻只有一個成功了，也許成功只在那一瞬間，所以說孤單的玻腦。。。再類推，連大腦都能漲落出來，漲落幾個虛假記憶，漲落出個宇宙(大腦中的宇宙，意識到的宇宙)，簡直小兒科，然後就是答主說的吧啦吧啦吧啦。

意思就是你是一個非常大的混亂體系中粒子湊巧運動到一起組合出來的結構。

高混亂度體系中這種微小局部的有序是可能出現的，雖然概率小，但是活久見不是么。

另外你以為存在的所有記憶，都不過是因為粒子湊巧組合成你的時候，形成的存儲結構恰好代表這些記憶。

是不是挺巧的？

既然東西都往下掉，為什麼世界不全部掉下來呢，怎麼還有恆星之類的東西呢