ボルツマン脳

ボルツマン脳

ルドヴィグ・ボルツマン、その後ボルツマンの頭脳の名前
物理学の 思考実験では、 ボルツマン脳は、 熱力学的平衡状態からの非常にまれなランダム変動のために生じる自己認識 実体である 。 例えば、均質なニュートンのスープでは、原理上、すべての原子が機能している人間の脳を組み立てるような方法で互いに跳ね返り、固着する可能性があります(ただし、これは平均して現在の寿命よりもはるかに長くなります)宇宙の)。
アイデアは、オーストリアの物理学者 ルートヴィヒ・ボルツマン ( Ludwig Boltzmann 、1844-1906)にちなんで名付けられた.1896 年に、宇宙は非常に不安定な非平衡状態にあるという理論が公表された。宇宙を認識している。 ボルツマンの「ボルツマン宇宙」仮説の致命的欠陥は、最も一般的な熱変動ができるだけ全体的に平衡に近いことである。 したがって、何らかの妥当な基準によって、無数の隣りの星を持つボルツマン宇宙の人間の脳は、空の宇宙に単独で存在する「ボルツマンの脳」よりもはるかに数が多くなるだろう。
ボルツマンの脳は 2002 年頃に新たな関連性を示し、いくつかの宇宙論者が、宇宙についての多くの既存の理論では、現在の宇宙の人間の脳は、将来の宇宙のボルツマンの脳によって数えきれないほど多く見えているように見える私たちがしているのとまったく同じ認識。 これは、統計的に我々自身がボルツマンの脳である可能性が高いという不合理な結論につながる。 そのような還元的不合理な議論は、時には宇宙の特定の理論に反論するために用いられる。 ボルツマンの脳の議論は、 マルチワールドに関するより最近の理論に適用されると、宇宙論の未解決の測度問題の一部である。
内容
• 1 ボルツマン宇宙
• 2 創造
• 2.1 量子揺らぎによる
• 2.2 核生成による
• 3 現代のボルツマン脳の問題
• 3.1 単一ユニバースシナリオ
• 3.2 永遠のインフレで
• 4 関連項目
• 5 ノート
• 6 さらに読む
ボルツマン宇宙
1896 年、数学者 Ernst Zermelo は、 熱力学の第 2 法則が統計的ではなく絶対的であるという誤った理論を進めました。 ツェルメロは、 ポアンカレ反復定理が閉鎖系の統計的エントロピーが最終的には周期関数でなければならないことを示していることを指摘して理論を支持した。 したがって、エントロピーを増加させるために常に観察される第 2 の法則は、統計的である可能性は低い。 ツェルメロの議論に反するために、オーストリアの物理学者ルートヴィヒ・ボルツマンは 2 つの理論を進歩させました。 正しいものと信じられている最初の理論は、低エントロピー状態で何らかの未知の理由から宇宙が始まったことです。 1896 年に出版されたが、1895 年にボルツマンのアシスタント IgnazSchütz に帰属した第 2 の代替理論は、「ボルツマン宇宙」シナリオである。 このシナリオでは、宇宙は無限の熱死の状態で永遠の大部分を費やします。 しかし、十分な時代を過ぎると、最終的に非常にまれな熱揺らぎが起こり、原子が観測可能な宇宙全体のような基礎構造を作り出すような方法でお互いに跳ね返ります。 ボルツマンは、宇宙の大半は特長がないものの、インテリジェントな生活を欠いているため、これらの地域は見えないと主張しています。 ボルツマンには、インテリジェントな人生が生きる唯一の場所なので、私たちがボルツマン宇宙の内部だけを見るのは目立ちません。 (これは、 人類の原理の現代科学における最初の使用であるかもしれない)。 [1] [2]
1931 年に天文学者 Arthur Eddington は、大きな変動が指数関数的に小さな変動よりも起こりにくいため、ボルツマン宇宙の観測者は、観測者によって変動が小さくなりすぎることになると指摘した。
物理学者の Richard Feynman は、彼が広く読んだ 1964 Feynman Lectures on Physics で同様の反論を発表した。 2004 年までに物理学者は Eddington の観察をその論理的結論に押し上げた。熱変動の永遠の中で最も多くの観察者は、それ以外の特徴のない宇宙ではボルツマン脳が最小限になるだろう。
[1] [3]

創造

十分な時間が与えられると、あらゆる可能な構造がランダムな変動によって形成される。 ボルツマン形式の思考実験は、恐らく自己認識の観察者である人間の脳のような構造に焦点を当てている。 ボルツマンの脳(または惑星、または宇宙)を構成するものの任意の基準が与えられれば、基準を最小限に満たし、かつ最小限に満たしているより小さな構造は、より大きい構造よりも大きくかつ指数関数的に一般的です。 あなたがスクラブル文字の箱を振ったときに現れる実際の英語の単語の確率が、英語の文章や段落全体が形成される確率よりも大きいのは、おおまかな類推です。 [4]ボルツマン脳の形成に必要な平均タイムスケールは、宇宙の現在の年齢よりもはるかに大きい。 現代の物理学では、ボルツマンの脳は、 量子揺らぎによって 、または一般に核生成を伴う熱ゆらぎによって形成することができる。 [1]
ビア量子揺らぎ1 つの計算によって、ボルツマン脳は、時間間隔後の真空における量子揺らぎとして現れる  10 ^ 10 ^ 50} 年。 この変動は真のミンコフスキー真空 ( 真空エネルギーがない平らな時空の真空)でさえも起こり得る。 量子力学は、真空から最も少ないエネルギーを「借りる」小さな変動に大いに有利に働く。 典型的には、量子的なボルツマン脳は、突然真空から出現し(同じ量の仮想反物質と並んで)、単一の一貫した思考または観察をするのに十分なだけ長く留まり、現れたときに突然真空中に消える。 このような脳は完全に自己完結型であり、決して無限にエネルギーを放射することはできません。 [5]
核形成を経て現在の証拠は、観測可能な宇宙はミンコフスキーの空間ではなく、むしろ正の宇宙論的定数を持つデシッターの宇宙であることを示唆している。 De Sitter 真空(ミンコフスキー真空ではない)では、ボルツマン脳は、de Sitter 空間の有界な宇宙論的水平線から放出されたホーキング放射から偶然に徐々に組み立てられた非仮想粒子の核生成によって形成することができる。 核生成が起こるまでの平均時間の推定値 10 10 69 {\ displaystyle 10 ^ {10 ^ {69}}} 年。 [5]典型的な有核ボルツマン脳は、その活動が終了した後、孤立した物体が空間の真空中にあるように、絶対ゼロに冷却し、最終的には完全に崩壊する。 量子揺らぎの場合と異なり、ボルツマン脳はエネルギーを無限に放射します。 核形成において、最も一般的な変動は、「ボルツマン脳」の変動を表示するための任意の基準が与えられている限り、できるだけ全体的な熱平衡に近いものである。 [1]
ボルツマンの脳は理論的には、物質が支配していた初期の宇宙の中のいつでも、小さな確率ではあるが、再び形成することができる。 [6]
現代のボルツマン脳の問題多くの宇宙学者は、人間のような経験をしたボルツマンの脳が正常な人間の脳の数を大幅に上回ると理論が予測するならば、その理論は拒否されるべきである、あるいは不愉快なものになると信じている。 他の人は、量子揺らぎによって生成された脳、そしておそらくデシッターの真空中で核生成を介して生成された脳でさえ、オブザーバーとして数えないと主張している。 量子変動は、直接的な基準(無限遠の環境との相互作用の欠如など)によって、より容易に目標設定することができるため、有核の脳よりも量子の変動を排除し易い。 [1] [5]
いくつかの宇宙学者は、 ホログラフィック弦理論の 量子真空における自由度のより良い理解が、ボルツマンの脳の問題を解決できると信じている。 [7]
単一宇宙シナリオ宇宙論定数を持ち、任意の有限空間スライスから始まる単一のデシッター宇宙では、「通常の」オブザーバーの数は有限であり、宇宙の熱死に縛られている。 宇宙が永遠に続く場合、有核のボルツマン脳の数は、ほとんどのモデルで無限である。 アラン・グースのような宇宙論者は、これによって、
「私たちが正常な脳になることは無限にはあり得ない」と心配しています。 1 つの注意点は、宇宙が200 億年も経たないうちにミンコフスキーや大型デンシッター空間に局所的に崩壊する誤った真空であれば、無限のボルツマン核生成が避けられるということです。 (もし、宇宙の大きさが現地の真空崩壊よりも速くなると、ボルツマン脳の核形成はまだ無限で、崩壊の将来の光円錐の中で宇宙の一部を破壊する)。 スーパーヘビーグラビティーノからヘグス による死を引き起こす観測されたより大きいトップクォークまで、その期間内に宇宙を破壊する仮説的メカニズムを提案した。 [8] [9] [10]
宇宙論定数が存在せず、現在観察されている真空エネルギーが最終的に完全に散逸する典型的なものである場合、無限のボルツマン核生成も回避される。 [11]
永遠のインフレで詳細情報: 問題の測定(宇宙論)
ボルツマン脳問題に対する解決策の 1 つのクラスは、宇宙論における測定問題に対する異なるアプローチを利用する。 無限 多元論理論では、通常のオブザーバーとボルツマン脳の比は、無限の限界がどのように取られるかに依存する。 Boltzmann 脳のかなりの部分を避けるために、対策を選ぶかもしれない。 単一宇宙の場合とは異なり、永遠のインフレでグローバルな解決策を見出すには、すべての可能な弦楽の景色を合計しなければならないという課題があります。 いくつかの尺度では、ボルツマンの脳に冒された宇宙のほんの一部でさえ、ボルツマンの脳によって支配される全体としての尺度を引き起こす。 [10] [15]
宇宙論の測定問題はまた、正常な観測者と異常に早期の観測者の割合にもかかわりがあります。 極端な「若さ」の問題に苦しむ適切な時間尺度のような尺度では、典型的な観察者は、非常に暑い、初期の宇宙におけるまれな変動によって形成される「ボルツマンの赤ちゃん」である。 [6]