Больцмановский мозг

«Мозг Больцмана»: почему у Вселенной может быть сознание

Больцмановский мозг

Представить себе, что такое физический вакуум нормальный человек практически не в состоянии. При слове вакуум разум мгновенно рисует пространство, которое не имеет ни единой частицы вещества во всем обозримом пространстве.

Но вот понять вакуум физический без специального изучения теоретической физики решительно невозможно.

А ведь есть еще важное понятие плотности физического вакуума, тут и вовсе можно впасть в ступор — какую плотность может иметь пустота?

Источник изображения: кадр из х/ф «Стражи галактики 2»

Условимся для простоты считать физическим вакуумом пространство, в котором имеются некие частицы, но обнаружить их существование приборами невозможно в связи с их низким энергетическим уровнем.

Так что частицы есть, просто мы не можем доподлинно выявить их существование.

Но эти нефиксируемые частицы беспрерывно взаимодействуют между собой, и неожиданно в область фиксируемых энергий вырывается пара частица-античастица, согласно принципу симметрии рождение частиц всегда происходит парой, например электрон и позитрон.

Для внешнего наблюдателя это будет невероятное событие — пара частиц появилась ниоткуда. Но мы то знаем, что они просто вырвались из области низких энергий называемой физическим вакуумом. А само появление частиц именуется флуктуацией.

Предположения Людвига Больцмана

Великий ученый второй половины 19 начала 20 века Людвиг Больцман долгое время занимался термодинамикой, особенно его интересовала энтропия.

Людвиг Эдуард Больцман.

Чисто логически, все Вещество Вселенной за бесконечное время должно было превратиться в крайне разреженный сверхнизкотемпературный газ, поскольку энтропия системы обязана нарастать (см. 3 начало термодинамики). Но мы наблюдаем довольно упорядоченную Вселенную.

Больцман предположил, что весь наблюдаемый мир является следствием флуктуаций (в определенной части системы энтропия все же может понижаться, при обязательном возрастании в системе в целом).

Учитывая сложность окружающего нас мира, логично считать, что чем проще предмет, тем легче ему возникнуть в результате спонтанного самообразования. Планете Земля гораздо легче появиться, чем целой Солнечной системе.

А наша система гораздо быстрее возникнет, нежели Галактика в целом. Ну и так далее.

А дальше последовал переход к человеку. Логическими рассуждениями несложно вывести, что появление целого человека гораздо менее вероятно, чем появление одного мозга.

«Мозг Больцмана». Источник изображения:

В данной ситуации не имеется в виду возникновение именно человеческого мозга, а просто возникновение некой мыслящей субстанции, осознавшей самое себя и имеющей возможность наблюдать за окружающим миром. Подобной субстанцией может быть даже знаменитая мыслящая планета-океан из романа «Солярис» Станислава Лема.

Что такое мозг Больцмана?

Идеи Больцмана упали на благодатную почву и их начали развивать многие ученые, работавшие в области натурфилософии. Расчеты показали, что самопроизвольное возникновение мыслящей субстанции, хотя и крайне маловероятно, но возможно. В среднем такая субстанция должна появляться 1 раз каждые 10500 лет (это огромное число единица с пятьюстами нулями).

«Мозг Больцмана». Источник изображения: gettyimages.com

Конечно, согласно современным космологическим взглядам срок существования нашей Вселенной всего лишь около 14 500 000 000, а это во много-много раз меньше времени требуемого для самозарождения мыслящей субстанции.

Но вот если предположить, что время существования Вселенной абсолютно бесконечно, то и несмотря на огромное время нужное для самообразования, Вселенная окажется заполнена мыслящими мозгами.

Эти объекты решили назвать в честь основателя теории мозгами Больцмана.

«Мозги Больцмана». Источник изображения: wikimedia.org

Итак, мозгом Больцмана называется гипотетически возможная субстанция (объект), возникающая в результате флуктуаций физического вакуума, осознавшая себя и способная наблюдать за окружающим миром.

Все вышеизложенные рассуждения в дальнейшем приводят к интересному выводу — только наличие наблюдателя (мозга Больцмана) упорядочивает окружающий мир. До появления стороннего наблюдателя Вселенная в обязательном порядке является хаотической.

Здесь можно провести аналогию между мозгом Больцмана и определением свойств фотона. Только наличие стороннего наблюдателя заставляет фотон проявлять свою или корпускулярную или волновую структуру.

Определить без наблюдения корпускулой или волной является фотон в данный конкретный момент просто невозможно.

«Мозг Больцмана». Источник изображения: cgilltribune.com

Дальнейшие рассуждения могут напрямую привести к теории матрицы, столь любимой современными мыслителями. Она ничем реальным, в принципе, не подкреплена, поэтому мы и остановимся на достигнутом.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5af18cff8c8be36795a8504e/5d51203504af1f00ad056b06

Что такое больцмановский мозг?

Больцмановский мозг

Величайшим желанием всего человечества испокон веков было разгадка тайн Вселенной. Множество различных гипотез и теорий будоражат умы ученых во всем мире. Что такое больцмановский мозг и почему его считают самым странным и неприятным прогнозом в истории космологии?

Людвиг Больцман и его теории

Людвиг Больцман был физиком, который специализировался в статистической механике, соединяющей физические частицы Ньютона в термодинамике. Кинетическая теория Больцмана не только объясняет, как тепло, работа и энергия связаны друг с другом. Он также дал четкое определение энтропии.

Хотя его больцмановский мозг и переворачивает традиционные представления о Вселенной, его идеи, несмотря на трудности в их понимании, также заслуживают внимания.

Давление, температура и объем являются основными характеристиками газа.

Поскольку они определяют положения и скорость всех атомов или молекул, Больцман сравнил их с маленьким газовым государством, где сосуществуют все микроскопические частицы. Есть много способов, чтобы заставить атомы двигаться.

Пока средняя скорость движения всех атомов примерно одинакова, давление, температура и объем газа будут также находиться в равновесии.

Это означает, что для газа существует множество эквивалентных микросостояний. Больцман пришел к выводу, что энтропия системы в том или ином государстве зависит от числа эквивалентных микросостояний, которыми оно располагает. Вселенную ученый также называл набором микросостояний.

Тайна времени

Несмотря на многочисленные открытия, сделанные людьми за всю историю существования, многие тайны еще долго будут оставаться неразгаданными. Например, большой интерес представляет глубокий и старый вопрос: почему время идет только в одном направлении?

Больцман объяснил это так называемой стрелой времени, в которой энтропия, мера беспорядка или пустой энергии, никогда не сможет уменьшиться в такой замкнутой системе, как Вселенная. Все это очень сложно, и одной жизни не хватит на то, чтобы во всем этом как следует разобраться.

Вселенная по Больцману

Больцмановский мозг — это разум Вселенной. В течение вечности возможно все. По Больцману, Вселенная предположительно существовала всегда. Современные астрономы отрицают такую версию.

Она родилась в результате Большого взрыва, примерно 14 миллиардов лет назад.

Энергия, которую космос накапливал долгое время, смогла вырваться наружу, и постепенно вместо первозданного хаоса восстановился порядок.

Больцмановские мозги и термодинамика

Теперь поговорим о связи рассматриваемого гипотетического объекта с термодинамикой.

Что делает больцмановские мозги такими интересными? Как одна из теорий о создании и существовании вселенского разума они помогают изучить наиболее причудливые и загадочные аспекты физической теории происхождения. Этот интересный и сложный вопрос кого угодно может сбить столку.

Не стоит понимать теорию буквально. Ее просто можно представить как мысленный эксперимент в термодинамике.

Термодинамика — это, по существу, изучение тепла и его потоков.

Тепло — то свойство материи, которое ведет себя как своеобразная жидкость, перемещаясь с одного места на другое. Поскольку все сущее во Вселенной так или иначе связано с функциями расхода тепла, много исследований было сделано по теме термодинамики, чтобы лучше понять, как ведет себя тепловая энергия.

Термодинамическое равновесие

Один из фундаментальных принципов термодинамики — идея равновесия. Если бросить кубик льда в стакан с водой, возникшая температурная градация постепенно будет выравниваться, тепло воды начнет плавить лед и в итоге вся жидкость достигнет равномерной температуры.

Один из интересных выводов идеи термодинамического равновесия заключается в том, что системе не всегда удается найти необходимый баланс, это считается крайне маловероятным, так что можно смело предположить, что это никогда не случится.

Нет никакого физического закона, который позволит воде в стакане, в которую бросили кубик люда, самопроизвольно охладиться и превратиться в лед.

Парадокс человеческого существования

Человек – это самая сложная и структурированная совокупность материи, которая когда-либо существовала в природе. Назло всем законам термодинамики люди существуют, хотя больцмановский мозг (научная фантастика это или реальность, не ясно до сих пор) подразумевает, что человеческое существование — не более чем парадокс.

Появление человечества кажется еще более невероятным, чем кубик льда, образованный в воде сразу после того, как ее налили из крана.

Людвиг Больцман был озадачен существованием таких невозможных с точки зрения термодинамики вещей, как человеческие существа. Он высказал идею, что люди – это просто кубики льда, которые образуются спонтанно.

Но в бесконечной Вселенной нет ничего невозможного и маловероятного.

Оригинальная идея

Физики 19 и 20 столетия представили несколько оригинальных идей за это время, но понятие «больцмановский мозг» (разум Вселенной) превзошло их все, выдвинув предположение о том, что всесторонне образованные и сознательные сущности формируются спонтанно в космическом пространстве. На все это требуется огромное количество времени.

Больцмановский мозг — это демонстрация того, что Вселенная имеет неограниченный срок эксплуатации. Большинство моделей будущего предсказывают, что она вечно будет экспоненциально расширяться.

Живая Вселенная: мозги Больцмана

Имеет место также предположение о том, что может существовать неограниченное число вселенных. Все эти вселенные также постоянно расширяются с невероятной скоростью.

Теория о мультивселенной остается спорной, так как из-за своей сложности она является труднодоказуемой.

Живая Вселенная является гипотезой о сознательных сущностях, которые производятся из случайной флуктуации в ткани пространства и времени.

Это означает, что стохастические колебания на уровне энтропии (беспорядка) во Вселенной теоретически могут производить что-то сложное, если дано достаточно времени. Физик 19 века Людвиг Больцман впервые продемонстрировал, что это является вероятным с математической точки зрения.

Бесконечная Вселенная

Бесконечная Вселенная, где случайные конфигурации частиц могут самопроизвольно появляться и исчезать, материализовавшийся мозг, плавающий в космическом пространстве, — все это так трудно для понимания, так как граничит на одном уровне с фантастическими представлениями об этом мире.

Объект, случайно выбранный во Вселенной, обладающий разумом, с большей вероятностью окажется результатом флуктуаций, чем продуктом эволюции. В этом и состоит парадокс. Больцмановский мозг на самом деле можно встретить с меньшей вероятностью, чем продукт эволюции, так как плотность вероятности образования продукта эволюции выше, чем у него.

По мнению ученых, сознание – это иллюзия, созданная в результате взаимодействия огромного числа простых элементов. В человеческом мозге это нейроны, которых у каждого человека около 86 миллиардов.

Как компьютер способен использовать простые расчеты для построения сложных систем, так и мозг выстраивает действия и воспоминания в результате взаимодействия нейронов.

И поэтому причудливый больцмановский мозг является скорее мысленным экспериментом, призванным подвергнуть сомнению человеческие предположения о строении Вселенной.

И как и большинство экспериментов, которые затрагивают бесконечность и необъятность, является эфемерным.

Прошлое – это иллюзия

Про больцмановский мозг говорят, что он называет воспоминания и прошлый опыт иллюзорными. Человек считает, что накопленный опыт ученых дает веские доказательства того, что мир появился в результате Большого взрыва.

Все экспериментальные данные для всех наук являются сфабрикованной памятью.

Не стоит рассматривать теории Больцмана как жизнеспособный аргумент. На сегодняшний день наука имеет достаточно доказательств для опровержения некоторых фантастических теорий.

Но то, что предположения оригинальные и интересные, является неоспоримым.

Гениальное предположение

Можно попробовать представить на какое-то время, что Вселенная (больцмановский мозг — это объект, самопроизвольно образовавшийся в ней) придет в тепловое равновесие. С точки зрения молекулярной конституции, равновесие является динамическим.

Газ, например, равномерно распределяется в доступном для него пространстве. Однако случайные молекулярные движения могут привести его на мгновение чуть к более плотному состоянию в одном месте и менее сосредоточенному в другом.

Более крупные колебания также возможны.

Чрезмерная флуктуация может привести к сжиманию газа. Вероятность такого самопроизвольного сжатия мала. Обычный объем газа может иметь 1024 молекулы, движущихся независимо друг от друга.

Вероятность того, что все они могут оказаться в одном месте, удивительна и маловероятна, но с физической точки зрения не так уж и невозможна.

Но что если бы Вселенная была бесконечной, где времени для случайных флуктуаций предостаточно? Тогда в нужное время в нужном месте может возникнуть что угодно, будь то люди, животные, машины или вселенский сверхразум. Как считал известный физик и отец термодинамики Людвиг Больцман, все возможно в бесконечной Вселенной.

Источник: https://FB.ru/article/204295/chto-takoe-boltsmanovskiy-mozg

Ученые объяснили, что такое Больцмановский мозг

Больцмановский мозг

Гипотеза симуляции, голографический принцип и другие гипотезы о нереальности происходящего вокруг нас, пожалуй, берут начало от предположения, выдвинутого гениальным австрийским ученым XIX века — Людвигом Больцманом.

Какими бы занимательными и удивительными ни были эксперименты, проводимые в лаборатории, наибольший интерес вызывают мысленные эксперименты ученых.

Парадокс энтропии 

Мы живем в мире, который, по идее, не должен существовать. Второе начало термодинамики гласит, что энтропия со временем должна повышаться. То есть все рано или поздно становится менее упорядоченным.

Однако в некоторых областях Вселенной она может становиться более организованной в результате случайных флуктуаций, если одновременно другие ее области будут становиться все менее упорядоченными.

Мы живем в невероятно упорядоченной части Вселенной. Например, даже короткий отрезок молекулы ДНК устроен настолько аккуратно, что вероятность ее появления в результате «случайных флуктуаций» физического материала невообразимо мала. Но как вышло, что в одной клетке есть миллиарды базовых соединений, в сложных организмах — триллионы клеток, а на Земле — миллионы видов живых существ?

Антропный принцип

Все дело в так называемом антропном принципе, который многие считают крайней формой критерия отбора. Он гласит, что причина, по которой мы можем наблюдать нечто столь сложное, как человеческий мозг, состоит в том, что только нечто столь сложное, как человеческий мозг, и способно провести наблюдение.

Этот принцип используется и для объяснения того, почему универсальные физические постоянные, такие как сила гравитации, кажутся тонко настроенными для существования жизни на Земле.

И звучит это объяснение примерно так: если бы эти постоянные были немного другими, жизнь не смогла бы существовать и мы не могли бы находиться здесь и сейчас, размышляя о том, почему физические постоянные кажутся тонко настроенными для существования жизни на Земле.

Выходит, во Вселенной есть чуть более упорядоченные области, но рядом нет никого, кто мог бы их заметить. Затем происходит флуктуация — и появляется настолько упорядоченная область Вселенной, что там рождается разумная жизнь, которая, в свою очередь, оглядывается и замечает, что живет в практически невозможно упорядоченном мире.

Можно вспомнить стандартную аналогию. Представьте себе, что сеть из миллиарда обезьян бесконечно колотит по печатным машинкам.

Теперь вообразите, что какая-то из этих печатных машинок напечатала произведение Шекспира, которое обрело сознание.

Что в итоге? После невероятно долгого времени появится «Гамлет», посмотрит вокруг и задумается, почему есть она — гениальная пьеса, — а все вокруг нее — непонятная абракадабра.

Больцмановский мозг

Однако не все так просто.

Людвиг Больцман, австрийский физик-теоретик XIX века, которого нередко называют гением энтропии, предположил, что мозг и другие сложные упорядоченные объекты на Земле образовались в результате случайных флуктуаций вроде «Гамлета», о котором мы говорили выше. Но тогда почему мы видим миллиарды других сложных и упорядоченных объектов вокруг нас? Почему мы не сродни одинокому «Гамлету» в море бессмыслицы?

Больцман предполагал, что если случайные флуктуации могут создать мозг, подобный нашему, то в космосе должны летать мозги или одиноко сидеть на одном месте на необитаемых планетах во многих световых годах от нас. Это и есть Больцмановский мозг. Более того, эти мозги должны быть более обычным явлением, чем все те толпища сложных упорядоченных объектов, которые мы можем видеть на Земле.

Так у нас появляется еще один парадокс.

Если единственное условие для сознания — мозг, подобный тому, что у вас в голове, то как вы можете быть уверены, что вы сами не являетесь таким Больцмановским мозгом? Если бы вы испытывали случайное сознание, то скорее оказались бы один в глубинах космоса, нежели окруженный подобными сознаниями. Почему «Гамлет» должен оглянуться и обнаружить «Сон в летнюю ночь» слева от себя, «Бурю» — справа от себя, «Двенадцатую ночь» — перед собой, а «Ромео и Джульетту» — позади?

Простые ответы, похоже, требуют какого-то волшебства. Возможно, сознание не возникает естественным образом в мозге — вроде головного, — а требуют метафизического вмешательства. Или же, возможно, мы не случайные флуктуации в термодинамическом бульоне и были помещены сюда разумным существом?

Программа «Ласка»

Конечно, ни один из вышеприведенных ответов нельзя назвать исчерпывающим.

Основная идея состоит в том, что процесс естественного отбора способствует развитию сложных упорядоченных объектов, а не просто позволяет им случайно появляться.

Как только на Земле возникла самореплицирующаяся молекула около 3,5 миллиарда лет назад, начался безостановочный процесс, который в итоге привел к крайней концентрации порядка, который мы видим вокруг себя.

Ричард Докинз проиллюстрировал это в своей книге «Слепой часовщик» при помощи программы «Ласка» (или «Хорек»). Программа начинается со строки случайно сгенерированной бессмыслицы. Затем она создает 100 копий строки с одинаковой вероятностью «мутации» каждой буквы в другую букву.

Потом из 101 строки выживает только одна, наиболее похожая на фразу из «Гамлета» — «По-моему, оно смахивает на хорька» (Methinks it is a weasel), — а другие 100 погибают. Следующее поколение создается из оставшейся строки таким же способом.

По прошествии множества поколений выжившая строка будет все больше походить на цитату.

В реальной жизни происходит похожая ситуация. Объекты, более способные к саморепликации и менее подверженные разрушению, имеют возможность самовоспроизводиться, тогда как другие уничтожаются.

По прошествии многих, многих, многих поколений объекты становились все более устойчивыми и реже уничтожались, прежде чем у них появлялась возможность к воспроизведению.

Оказывается, интеллект — очень полезное свойство для объекта, который может выжить и самореплицироваться.

Итог

Если говорить кратко, то решение больцмановского парадокса заключается в том, что соорудить один мозг гораздо сложнее, чем создать Землю, наполненную этими мозгами. Случайные флуктуации, необходимые для запуска процесса естественного отбора, намного проще и менее точны, чем те, что потребуются для создания Больцмановского мозга в глубинах космоса.

Так что в следующий раз, когда вы почувствуете себя маленьким и ничтожным, вспомните, что вы намного сложнее, чем 4,5 миллиарда лет истории, которые привели к вашему рождению (и это если брать в расчет не возраст всей Вселенной, а одну лишь Землю).

Источник: https://onauke.info/uchenye-obyasnili-chto-takoe-boltsmanovskij-mozg/

Больцмановский мозг — разум из вакуума

Больцмановский мозг

Так устроен человеческий мозг

В коре головного мозга, которая, собственно, и несет ответственность за высшую нервную деятельность – личность, поведение, мышление и сознание, – насчитывается, по различным оценкам, от 10 до 25 млрд нейронов.

Нервные импульсы передаются химическим путем через специальные участки мембран – синапсы.

Каждый нейрон имеет более тысячи синаптических связей (а есть и такие, у которых это число достигает 10 000) с другими нейронами, и таким образом нейроны оказываются связаны друг с другом в огромную разветвленную сеть.

Больцмановский мозг (англ. Boltzmann brain) — гипотетический объект, возникающий в результате флуктуаций в какой-либо системе, и способный осознавать свое существование. Назван в честь Людвига Больцмана, сделавшего большой вклад в развитие статистической физики.

В де-ситтеровском вакууме подобный объект может появиться, однако вероятность этого события очень мала. Согласно результатам моделирования, такое событие может произойти примерно раз в 101050 лет. Но если время существования Вселенной бесконечно, то и число таких событий также будет бесконечно велико.

Отсюда следует парадокс («Boltzmann brain paradox/problem» в современной космологии) — случайно выбранный объект во Вселенной, обладающий разумом, с гораздо большей вероятностью окажется результатом флуктуаций, чем продуктом эволюции (к которым относятся и люди).

На самом деле это не так: в случае бесконечной Вселенной количества больцмановских мозгов и продуктов эволюции будут одинаково равны бесконечности; однако плотность вероятности образования продукта эволюции выше, чем у больцмановского мозга, поэтому вероятнее всего встретить именно продукт эволюции, а не больцмановский мозг.

В настоящее время эту гипотезу уже на более высоком уровне теор и экспериментальных знаний возродили Дайсон, Клебан и Сасскинд (ДКС). Исходным пунктом рассуждений есть тот наблюдательный факт, что доминирующей формой материи в современной вселенной является , по-видимому, вакуум с положительной плотностью энергии. В таком случае мы живем в мире де Ситтера. А это значит, что наш мир есть термодинамической системой с температурой и энтропией, определяемой формулами Бекенштейна-Хокинга. Если современная плотность энергии вакуума е=10{-47} ГэВ{4}, то температура Т=10{-29}К. Несмотря на ничтожно малую температуру в такой системе люди, планеты и галактики могут возникнуть из вакуума благодаря тепловым флуктуациям, минуя обычную стадию эволюции Великого Взрыва. Одним из самых вызывающих выводов ДКС есть предположение о том, что ранняя инфляционная вселенная есть флуктуация (рекурренция Пуанкаре) будущей, пребывающей в состоянии тепловой смерти, вселенной. Еще более удивительным есть вывод о том, что ранняя инфляционная вселенная есть менее вероятная конфигурация, чем например, вселенная с температурой реликтового излучения не 3 К, а 10 К, не совместимая с жизнью.

Нормальные люди – это структуры, возникшие благодаря неравновесным процессам вследствии «Большого Взрыва» в прошлом. Время первого появления больцмановского мозга: t = exp(ER), где Е=100 кг, а R=1 м. Это время равно (с точностью до пренебрежимого предфактора) обратной больцмановской экспоненте exp(-ER) = exp(-10{45}).

Пространство с положительной плотностью энергии вакуума — пространство де Ситтера. Такое пространство конечно, т.е. обладает конечным радиусом, который жестко связан с этой энергией. Радиус такого пространства, обратный постоянной Хаббла для простр. де Ситтера, не изменяется со временем. На этом расстоянии наблюдатель видит окруженным себя со всех сторон черной дырой — горизонт событий пр. де Ситтера. Все, что находится за горизонтом, не может влиять на мир де Ситтера. Система изолирована. Кроме того, в этом полностью пустом пространстве наблюдатель ощущает (фиксирует) наличие температуры. Несмотря на экспоненциальное расширение, пр. де Ситтера — конечная изолированная система. А для таких систем справедлива теорема возврата Пуанкаре: изолированная система квазипериодически возвращается как угодно близко в любую заданную точку фазового пространства. Мир де Ситтера – вечный в будущем, поэтому как ни мала его температура и не ничтожна вероятность возникновения больцмановского мозга, количество больцмановских мозгов будет в конце-концов превышать количество тех нормальных существ, кто когда-нибудь жил. Общее число нормальных людей в фиксированном сопутствующем объеме ограничено. С другой стороны общее кумулятивное число больцмановских мозгов (или фриков,химер) будет экспоненциально расти со временем.

Пустой (заполненный только вакуумом) мир де Ситтера обладает энтропией и температурой в соответствии с формулами Хокинга-Бекенштейна. Даже в таком мире, по причине термодинамической флуктуации, прямо из ничего (из вакуума) может возникнуть мозг профессора Больцмана.

В связи с этим возникает интересный вопрос: почему мы не фрики?

Чтобы не допустить появления больцмановского мозга, Дон Пейдж предложил считать наш мир (с ничтожной плотностью вакуума) все-таки нестабильным, распадающимся на протяжении 20 млрд. лет.

«Логика квантовой теории поля и инфляционной космологии заставляет меня признать, что в бесконечно отдаленном будущем в вакууме будут рождаться все новые и новые копии меня самого, точнее, моего нынешнего сознания, – говорит профессор физики Стэнфордского университета Андрей Линде. – Но если это так, почему я должен верить, что я нынешний – это и есть оригинал, а не одна из копий? Более того, коль скоро число копий бесконечно, такая вероятность больше, чем вероятность быть первоисточником. Конечно, этот парадокс можно обойти. Например, можно предположить, что темная энергия, вызывающая экспоненциальное расширение Вселенной, распадется прежде, чем появятся хоть какие-то шансы на рождение всего лишь одной моей копии. В таком случае я вправе считать себя оригиналом, но вынужден предсказать, что Вселенная обречена на исчезновение». Впрочем, по словам Андрея Линде, из этой ситуации есть и другой выход. Инфляционная космология настаивает на постоянном рождении новых вселенных с различными физическими законами. Это сложнейшая сеть из бесконечного множества миров, фрактальная структура все новых и новых вселенных. Тогда возникает возможность, что в каждом из новых миров рождается много новых оригиналов. Если удастся показать, что их число сильно превосходит число копий, рождающихся из вакуума, то станет понятно, почему мы реальные люди, а не больцмановские мозги. «Фактически речь идет о том, – продолжает Андрей,– как сопоставлять вероятности различных процессов в вечно обновляющемся фрактальном мироздании. Это вполне реальная и очень серьезная проблема космологии. В принципе такое сравнение можно делать самыми разными способами. Однако если мы захотим, чтобы результаты отвечали нашей интуитивной вере в собственную реальность, очень многие алгоритмы сравнения придется отбросить. Вот и получается, что вроде бы чисто фантастическая идея больцмановского мозга выполняет в космологии очень серьезную роль. И речь идет даже о большем. Сейчас мы начинаем вполне рационально обсуждать проблемы, которые раньше нам и в голову не приходили. Например, что такое сознание и может ли оно развиться из вакуума? Надо ли считать, что для этого вакуум непременно должен творить высокомолекулярные биоструктуры, или же он может обойтись электронными компьютерами? Более того, можно показать, что вакууму выгодней всего рождать не больших людей, а компьютеры размером с маленькую черную дыру. Так может, мы и есть такие компьютеры и только думаем, что мы люди? Мы верим, что это не так, и стараемся построить картину мира, в которой такая возможность была бы исключена. Но чтобы в этом всерьез разобраться, нужно не бояться залезать в вопросы, которые граничат и с физикой, и с психологией, и с философией. Раньше подобные дискуссии сочли бы недостойными ученых, а вот сейчас они постепенно становятся частью науки». Шон Кэролл (Sean Carroll) и Кимберли Бодди (Kimberly Boddy) из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) уверяют нас, что смерть Вселенной вполне обеспечивается твёрдо известной физикой, а именно — бозоном Хиггса. Поле Хиггса, квантом которого является упомянутый бозон, должно быть метастабильным, то есть иметь возможность спонтанно переходить в более низкое энергическое состояние. При этом появится пузырь пространства с собственными физическими законами, причём пузырь этот будет расширяться со скоростью света, разрушая на своём пути всё, включая в конечном счёте известную нам Вселенную. Кстати, случится это, скорее всего, не ранее чем через 20–30 млрд лет, так что лично вам ничто не угрожает. Ну а реализуется этот оптимистичный сценарий только в том случае, если хиггсово поле действительно метастабильно, а не стабильно.

Как узнать наверняка? Г-да Кэролл и Бодди комбинируют полученную в недавних экспериментах массу бозона Хиггса (порядка 125 ГэВ) с самыми последними оценками массы t-кварка (истинного кварка).

В итоге, заявляют они, по известным физическим законам, метастабильный бозон Хиггса куда вероятнее стабильного. Замечательно, конечно! Разумы Больцмана не успеют заполонить мироздание, ибо до этого спонтанное возникновение новой Вселенной внутри старой убьет всё вокруг на манер яйца паразитической осы, уничтожающего при росте организма хозяйское насекомое. Правда, есть нюанс: если идея мультверсума в версии бесконечного количества миров верна, то там, в силу бесконечности вариантов, явно окажется множество случаев, когда больцмановские разумы будут возникать, и в больших количествах. Ну что ж, главное — чтобы не у нас, не так ли? К сожалению, даже этого нам пока не узнать. Дело в том, что если расширение Вселенной и дальше будет ускоряться, то получится, что даже быстро расширяющийся пузырь нового пространства-времени не успеет убить всю старую Вселенную т.к. она будет расширяться ещё быстрее, и пузырь никогда не займёт основную часть её пространства. Основное различие реальных и больцмановских мозгов в том, что первые должны в воспринимаемом мире видеть отражение упорядоченных законов, которые смогли их породить, тогда как вторые могут наблюдать полностью хаотический мир. Иначе говоря, Больцмановские мозги должны видеть больше чудес. Отсюда следует пригодность идеи о БМ для объяснения чудес. Очевидно, что проблема БМ во многом аналогична проблеме компьютерных симуляций. Иначе говоря, можно назвать БМ спонтанно возникающими симуляциями. Очевидно, что если бы некий тип БМ мог бы самоподдерживаться или самореплицироваться, то он создал бы доминирующий класс среди всех БМ. (Точно также как вечная космологическая инфляция создаёт бесконечно большое пространство за счёт способности изначальной флюктуации очень быстро раздуваться при определённом сочетании начальных условий.) Это уже попахивает самозарожденим духа! Странность проявлений НЛО также наводит на мысль о неких флюктуациях. Вообще, общее свойство аномальных явлений – их редкость, непредсказуемость и неповторимость. Это очень напоминает флюктуации. Однако классические НЛО демонстрируют некие элементы закономерностей. Классические квантовые флюктуации являются микромасштабными. Однако если весь мир наш – флюктуация, то флюктуации в том, пространстве, где он априорно возник, сопоставимы по масштабу со всем миром. Нетрудно представить себе нечто среднее между б-мозгом и б-мыслью. То есть некую форму флюктуации, в которой мыслям более удобно затем возникать. Грубый пример: в начале возникает пишущая машинка, а затем из ее букв генерируются высказывания. В конце концов именно так и возникла обычная наблюдаемая вселенная: сначала флюктуация – большой взрыв, а потом высказывания из букв-атомов (которые перебираются за счёт более мелких флюктуаций – тепловое движение молекул и химические реакции). Однако возможен и другой набор букв (квалиа?), соответствующий напрямую состояниям мозгов наблюдателей. Теперь остаётся исследовать то, не будет ли такая больцмановская пишущая машинка создавать больше наблюдателей, чем естественная вселенная и чем чистые больцмановские мозги. Если да, то мы в ней. Возникновение мощного кремниевого компьютера на базе нанотеха из вакуума более вероятно, чем возникновение целой биологической особи, поскольку масса компьютера будет неизмеримо меньше (она может составлять несколько микрограмм). Вероятность спонтанной материализации падает очень быстро пропорционально массе возникшего компьютера, так что наиболее вероятен наиболее «технически совершенный» компьютер. Такой компьютер может быть квантовым, то есть он может быть устроен как последовательность переходов между электронными уровнями в некой сложной молекуле. Кроме того, такой компьютер может более долго и устойчиво существовать в вакууме, чем биомозг. Далее, если такой компьютер производит упрощённую я-симуляцию, то он ещё проще и вероятнее.

Один из возможных способов избавиться от Больцмановских мозгов – это предположить, что наша вселенная скоро самоуничтожится. «Is Our Universe ly to Decay within 20 Billion Years?» Don N. Page

Свежие измерения массы истинного кварка, ожидаемые в 2015 году, способны прояснить вопрос скорости расширения нового пространства-времени, так что, быть может, скоро мы узнаем, могут ли больцмановские мозги составлять большинство разумных в нашей вселенной.

Источник: https://scientifically.info/publ/7-1-0-186

Мозг Больцмана

Больцмановский мозг

Материал из Posmotre.li

Трэнс Джемини, аватара Солнца и мозг Больцмана

Мозг Больцмана — это фантастическое суще… то есть, это осознавшая себя форма чего угодно. То есть, олицетворение разума. Что особо важно: мозги Больцмана появляются случайно, из-за флуктуаций в какой-либо системе, со статистически малой вероятностью, которая — учитывая бесконечность вселенной — уверенно стремится к единице.

При этом, если Вселенная враждебна, то мозг Больцмана образуется с большей вероятностью, а если дружелюбна — то по всей вероятности разум является плодом эволюции.

Причем, одно другое не исключает — и если мы с вами, оказавшись на уютной планете Земля, непостижимым образом оказавшейся в жилой зоне звезды, поблизости от которой за всю её историю не бабахнуло ничего, что могло бы её стерилизовать, вполне-себе развились эволюционным путем, то где-нибудь в кромешном аду на окраине Вселенной вполне может иметься разум, возникший спонтанно, из флуктуаций. Можете себе представить, какой сюрприз нас ждёт, если мы не дай бог с ним встретимся (особенно весело будет фанатам квантовой механики).

Разумеется, со стороны гипотетического наблюдателя образование мозга Больцмана выглядит примерно так: куча элементарных частиц от нечего делать собираются то в кита, то в горшок петуньи, то в мешок камней, то вообще в кусок говна, причем делают это самопроизвольно, случайно и многие миллионы лет.

А потом среди длиннющего списка объектов, в которые частицы могли бы собраться, возникает нечто способное шевелить извилинами и осознавать себя. В принципе, способность частиц собираться вместе — это уже давно доказанное явление, и собираться они предпочитают в органику, причем делают это ещё в космосе.

Органика, однако, не равна жизни, для этого нужно чтобы она усложнилась и образовала что-то вроде клетки. Ну а потом, соответственно, многоклеточный организм, чем-то питающийся и что-то выделяющий. То есть организму по-любому нужна сфера обитания, позволяющая ему выжить.

Иными словами, буде мозг Больцмана образуется спонтанно сам по себе — он тут же погибнет. Не беда, с чуть меньшей вероятностью он может образоваться в чем угодно, что обладает достаточной производительностью для того, чтобы обрести сознание.

К сожалению, из-за того, что кроме человека других разумных видов мы не знаем, предположить о том, как будет выглядеть разумная жизнь, спонтанно самособравшаяся где-нибудь у черта на рогах мы не можем. Следовательно, остаётся прибегнуть к испытанному средству — к фантазии.

А это значит, что в далеком космосе нас будут ждать океаны разумных соплей, разумные планеты, разумные черви-планетоеды… Да что угодно! Даже Бог. И вот тут, как-то незаметно, вероятностная концепция дает однозначный ответ на вопрос «есть ли Бог» — во вселенной, где статистически-вероятны такие вот фокусы возможно всё что угодно, и Бог либо ещё есть, ибо уже есть.

Но тут как обычно нас поджидает маленькое западло: дело в том, что мозг, который способен осознать себя, не всегда может это сделать. Прежде всего, если мозг Больцмана будет там, в пустоте, совсем один — как бы ни был он высокоразвит, у него будут те же проблемы что и у любого разума, оказавшегося в одиночестве с детства.

То есть задержки развития, отсутствие речи и так далее. Для того, чтобы этого не было, мозгов Больцмана должно быть много — тогда они выработают средства коммуникации, и скооперировавшись, займутся выживачем вместе.

Как вариант, у него может наступить расщепление личности, и это позволит избежать вопроса «откуда на краю Вселенной образовалось такое количество мозгов Больцмана».

Ну а как мозг Больцана отнесется к людям? Будет ли у него нечеловеческая зловещая психология, или же напротив, он будет мудрым и добрым? Фантасты родили множество примеров и того и другого.

По сути дела ввиду атропного принципа мы смело можем предположить, что психология мозга Больцмана будет определятья теми же параметрами что и наша — то есть если бедолага будет одинок в пустом и крайне мерзком космосе, в котором нужно адово выживать — вряд ли он будет психически здоров (в нашем понимании — из описанного выше ясно что множественная личность для него, вероятно, будет необходимо для выживания), но если он будет окружен такими же как он, и они употребят силу своего разума на то, чтобы преобразовать окружающий мир во что-то более комфортабельное — это будет означать во-первых наличие у мозга Больцмана прямых рук и способности к перемещению, а также изменению окружающей среды, а во-вторых — цивилизацию, что автоматически подразумевает систему разрешения конфликтов, определенную этику и высокий научный уровень. А так как наука — это универсальный язык общения разумных существ — думаю мы поладим. Если конечно, теологи не испортят всю малину, начав выяснять кто из нас был создан Богом.

Из всего вышесказанного, надо думать, ясно, что образование мозга Больцмана в нашей Вселенной — это весьма невероятный феномен. Но, теоретически, возможный.

Примеры[править]

  • Примером мозга Больцмана, можно сказать сферическим в вакууме является отец одного из героев Галактики. Откуда он там взялся — это уже другой вопрос, и явно не в пользу знания авторами комикса матчасти квантовой механики. Вся планета — детрит, наросший поверх мозга и управляемый им. Имеет аватару, лелеет мысли о преобразовании других планет.
  • Другой пример из сериала «Андромеда» — Трэнс Джемини и другие звезды (девушка различного цвета — лишь аватара).
  • «Кибериада» — Далдай-Самосын, робот, зародившийся на космической помойке из-за того, что Трурль швырнул в доставшую его комету ночным горшком, и на этой же помойке бесславно погибший, успев перед этим от скуки выдумать свою личную Вселенную.
    • Кстати можно вспомнить ещё одного подобного робота-Самоделкина.
  • «Координаты Чудес» Шекли — Мелихрон изначальный. И монстр-«кармодиед» тоже.
  • 1010+50 нулей[1] лет — предполагаемое время, через которое Больцмановский мозг появится в вакууме из-за спонтанного уменьшения энтропии.
  • Рамиры из «Кольцо обратного времени» Сергея Снегова.

    Занимаются тем, что спасают ядро Галактики от катастрофы, взрывают звезды лучами необычайно высоких энергий, активно осваивают управление временем и очень не любят, когда в их дела вмешиваются живые существа, наказывая их в лучших традициях Лавкрафта.

  • До речи о Лавкрафте: Азатот как один из первопримеров сабжа, скатившегося в маразм, аутизм и вообще полный букет ментальных нарушений.
  • Stellaris — можно обнаружить и изучить думающие метеориты и даже планеты. Насколько они осознают себя — вопрос без ответа, но то, что они показывают свойства, сходные со свойствами нейронных сетей — факт.
  • Warhammer 40,000 Roleplay — В Вопящем вихре, на планете Выработка, из оставленных сражающимися тёмными механикусами мусорных куч иногда самозарождаются Пустые — механические гуманоиды с тягой к уничтожению всего живого. Опасны ещё и тем, что способны генерировать помехи и удалённо ломать технику, что для их соседей-механикусов весьма фатально.
  1. ↑ Это число вполне можно выразить словами. 10100 называется «гугол» (это слово в искаженном виде превратилось в название Google), 10гугол — «гуголплекс», а написанное здесь — квадратный корень из гуголплекса

Источник: https://posmotre.li/%D0%9C%D0%BE%D0%B7%D0%B3_%D0%91%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Больцмановский мозг: уникально ли человеческое сознание?

Больцмановский мозг

В августе 1881 года на прогулке в окрестностях горной швейцарской деревушки Фридриха Ницше посетила мысль о вечном возвращении. «Высшая формула утверждения, которая вообще может быть достигнута», — как писал сам философ.

По мысли Ницше, бесконечное течение времени с неизбежностью приводит к абсолютно точному повторению всех событий. Здесь и падающее с дерева яблоко, и застывший перед монитором читатель «Теорий и практик», и сам Ницше, в мистическом предчувствии мысли присевший отдохнуть у отвесной скалы.

Все в точности повторится во Вселенной еще бесчисленное количество раз.

По воспоминаниям современников Ницше был очень увлечен новой идей.

В поисках ее фундаментальных оснований он даже стал изучать естественные науки, но цельной теории у него так и не появилось — концепция вечного возвращения появляется в трудах немецкого философа только эпизодически.

И тем удивительнее, что история про искусственный мозг, способный продублировать наше сознание, начинается совсем неподалеку — в Венском и Мюнхенском университетах, где в конце XIX века преподавал австрийский физик Людвиг Больцман.

Больцмана считают одним из создателей статистической физики — на его могиле даже выбита выведенная им знаменитая формула, позволяющая рассчитать физическую величину энтропию как меру упорядоченности системы: S=k*lnW, где S — энтропия, k — постоянная Больцмана (физическая постоянная, определяющая связь между температурой и энергией) , а W — количество микросостояний, реализующих макросостояние. Микросостояние — это состояние отдельной составляющей системы, а макросостояние — состояние системы в целом.

В качестве примера попробуем посчитать энтропию абстрактного рабочего стола, на котором лежит две папки. В идеале в одной (любой) папке должно быть два чистых листа, а в другой — два исписанных. При таких условиях возможны только два микросостояния: либо в папке №1 два чистых листа, а в папке №2 два исписанных, либо наоборот. А значит, по формуле энтропия такого состояния будет S = k*ln 2

Теперь представим, что листы перепутались, и в одну папку попало сразу три из них, а в другую только один.

Тут появляется четыре возможных микросостояния: в первой папке два чистых листа и один исписанный, в первой папке два исписанных листа и один чистый, плюс два таких же состояния для папки второй).

Подставляем число 4 в формулу: в целом энтропия такого состояния будет S=kln 4. А поскольку ln4 = 2ln2, получается, что с увеличением беспорядка энтропия такой простой системы удвоилась.

Во времена Больцмана уже был известен второй закон термодинамики, который утверждает, что процессы в закрытых системах самопроизвольно протекают в сторону увеличения беспорядка и энтропии (так и бумаги на столе запутываются, поскольку беспорядку соответствует гораздо больше различных конфигураций, чем порядку). И тут у Больцмана возникла проблема: окружающий мир казался слишком упорядоченной системой (надо отметить, что ученый тогда еще ничего не знал о двойной спирали ДНК или строении атома), чтобы функционировать по этому закону.

Мир как флуктуация

Тогда Больцман предположил, что наш мир с небольшой энтропией — это не что иное, как флуктуация. Случайное мимолетное отклонение Вселенной от ее основного состояния хаоса. Отсюда следовало и более общее утверждение: хаос способен порождать упорядоченные системы.

Прошло больше века, пока ученые нашли реальный механизм, способный подкрепить эту гипотезу — квантовые флуктуации вакуума. Дело в том, что физический вакуум это не просто некое абстрактное и навеки пустое пространство. Как бы хорошо мы не «откачали» всю материю из какого-то объема, в нем все равно постоянно будут появляться виртуальные, существующие бесконечно малое время частицы.

На первый взгляд это явление кажется какой-то физической абстракцией, но вполне материальные подтверждения его реальности уже существуют уже давно — вроде эффекта Казимира (две параллельные зеркальные пластины едва уловимо притягиваются друг к другу — в пространстве между ними рождается меньше виртуальных фотонов, чем снаружи, что создает небольшое избыточное давление). Более того, как считают некоторые физики, именно крошечные квантовые флуктуации определяют многие важные аспекты нашей жизни — подобно тому, как взмах крыла бабочки, скажем, в Буэнос-Айресе, через месяц вызовет ледяной дождь в Москве.

Но что будет, если пара виртуальных частиц — например, электрон и позитрон, из ниоткуда появившиеся в нашем мире — мгновенно разойдется в пространстве? А если они встретятся с миллиардами других таких же частиц и случайно организуются в точную копию Солнечной системы? Или в конкретного человека со всеми его воспоминаниями, идеями и переживаниями? Так физики конца XX века вернулись сразу и к Больцману, и к Ницше.

Впрочем, гораздо более вероятным событием против случайного зарождения целого человека будет появление только одного его мозга. Того самого мозга Больцмана, собравшегося во Вселенной и теперь осознающего свое существование.

Более того, вероятность этого события по некоторым подсчетам даже больше, чем вероятность привычного появления точно такого же мозга в результате биологической эволюции. А это уже практически солипсизм.

Ведь кто при таком обороте дел способен уверенно сказать, что наш материальный мир реален, а не является только сновидческим порождением какого-нибудь случайного мозга, плавающего в глубинах космоса?

Эволюция vs случайность

Такие рассуждения могут показаться чистой фантазией. Но даже самые серьезные ученые теперь берут в расчет этот парадокс мозга Больцмана.

«Логика квантовой теории поля и инфляционной космологии заставляет меня признать, что в бесконечно отдаленном будущем в вакууме будут рождаться все новые и новые копии меня самого, точнее, моего нынешнего сознания, — говорит профессор физики Стэнфордского университета Андрей Линде. — Но если это так, почему я должен верить, что я нынешний — это и есть оригинал, а не одна из копий? Более того, коль скоро число копий бесконечно, такая вероятность больше, чем вероятность быть первоисточником».

Конечно, этот парадокс можно обойти: подогнать вероятности возникновения мозга Больцмана и обычного человеческого мозга в результате длинной цепочки «Большой Взрыв — эволюция Вселенной — появление биомакромолекул — зарождение жизни — биологическая эволюция» под наше интуитивное желание быть уникальными самосознающими объектами. Такой задачей вполне серьезно занимаются многие ученые — и в том числе сам Андрей Линде, написавший одну из самых цитируемых научных работ этой области.

Упрощенно же можно говорить о двух основных подходах, способных отстоять уникальность нашего сознания. Первый из них апеллирует к преждевременному распаду вакуума. Наша Вселенная со всеми ее физическим законами перестает существовать, поскольку по природе своей была нестабильна, а Больцмановские мозги просто не успевают возникнуть. Человечество счастливо.

Второй же привлекает саму природу биологической эволюции, которая не является слепым перебором вариантов в поисках идеальной случайной комбинации (слепым перебором комбинаций нуклеотидов за все время жизни даже сложно установить структуру одного конкретного гена, кодирующего один белок). Ведь в эволюции очень важен промежуточный отбор вариантов, который явно повышает вероятность «природного» возникновения человеческого мозга. Но как его учитывать в расчете вероятностей? Оставим этот вопрос ученым.

Источник: https://theoryandpractice.ru/posts/8272-boltsmanovskiy-mozg

Booksm
Добавить комментарий