Физици преразгледаха парадокса на „мозъка на Болцман“: реални ли са нашите спомени?

В ново изследване професорът от Института Санта Фе (SFI) Дейвид Волперт, членът на факултета по фрактална физика на SFI Карло Ровелли и физикът Джордан Шарнхорст погледнаха по нов начин на известната и тревожна идея във физиката и космологията, известна като хипотезата за „мозъка на Болцман“.

Тази концепция предполага, че нашите спомени, възприятия и наблюдения може изобщо да не отразяват реалното минало. Вместо това те биха могли да се формират случайно в резултат на флуктуации на ентропията, създавайки видимостта на свързана история, която всъщност никога не се е случвала.

Загадката произтича от дълбоко противоречие в статистическата физика. Ключовата основа за разбирането на това защо времето изглежда, че се движи в една посока е H-теоремата на Болцман – централен принцип на статистическата механика, свързан с втория закон на термодинамиката. Този закон обяснява защо ентропията има тенденция да се увеличава с времето, давайки ни усещане за минало и бъдеще.

Самата H-теорема обаче е симетрична във времето, тоест тя не дава предимство на едно времево направление пред друго. Това води до удивително следствие. От чисто формална гледна точка е по-вероятно моделите, съставляващи нашите спомени и наблюдения да възникват от случайни колебания в ентропията, отколкото от реална последователност от минали събития. По-просто казано, изглежда физиката допуска възможността, че нашите спомени не са надеждни записи, а представляват детайлни илюзии, породени от случайността. Тази тревожна идея определя и хипотезата за „мозъка на Болцман“.

Как предположенията за времето формират дискусията

За да разберат по-добре този проблем, изследователите създадоха формална основа, която проучва как различните предположения влияят върху заключенията за ентропията и паметта. Тяхната работа свързва хипотезата за „мозъка на Болцман“, втория закон на термодинамиката и свързаната с тях „хипотеза за миналото“, която предполага, че Вселената е започнала в състояние с ниска ентропия.

Ключовият въпрос е кои моменти във времето се считат за фиксирани при анализа на развитието на ентропията. Някои подходи приемат настоящото състояние на Вселената като даденост и изхождат от него. Други предполагат начална точка с ниска ентропия в момента на Големия взрив. Важно е, че законите на физиката не уточняват коя от тези перспективи е вярна, оставяйки място за интерпретация.

Порочен кръг в аргументите за ентропията и паметта

Изследването въвежда това, което авторите наричат „ентропийна хипотеза“, за да подчертаят ключовия проблем в много от съществуващите аргументи. Те показват, че дискусиите за ентропията, времето и паметта често се опират на фини кръгови разсъждения. В тези случаи предположенията за миналото се използват за подкрепа на заключения, като надеждността на паметта или посоката, в която ентропията нараства. След това същите тези заключения се използват за оправдание на първоначалните предположения.

Вместо да приключат дискусията, изследователите се съсредоточиха върху това да направят тези скрити структури явни. Като отделят ролята на физичните закони от предположенията, които използваме за тяхното тълкуване, изследването предоставя по-прозрачен начин да мислим за отдавнашни въпроси, свързани с времето, ентропията и природата на паметта.