Der Begriff „Boltzmann-Gehirn“ bezieht sich auf ein Gehirn, das falsche Erinnerungen hat und aus Teilchen in einem zufällig orientierten System gebildet wird. Interessanterweise ist ein solches Gehirn tatsächlich wahrscheinlicher als ein echtes Gehirn.
Stellen Sie sich vor, in diesem riesigen Universum würden Gehirne genau in diesem Moment entstehen. Warum Gehirne? Nun, weil sie Bewusstsein und kognitive Fähigkeiten besitzen, was die einzigen Voraussetzungen für ihre Existenz sind.
Diese neu entstandenen Gehirne haben Erinnerungen und Gedanken, die völlig falsch sind. Sie haben Erinnerungen an ein Leben, das nie stattgefunden hat, Gedanken und Ideen, die nicht real sind, und eine Perspektive des Universums, die vollständig erfunden ist. Doch für diese Gehirne fühlt sich alles real und wahr an.
Angesichts dessen, wie würden diese Gehirne jemals erkennen, dass ihre Erinnerungen künstlich sind und dass ihre Existenz eher wie eine Halluzination ist? Darüber hinaus, wie würden wir wissen, dass wir nicht selbst diese künstlichen Gehirne sind, die als Boltzmann-Gehirne bekannt sind?
Dieses Dilemma wird als das Boltzmann-Gehirn-Paradoxon bezeichnet, das aus Ludwig Boltzmanns umfangreichen Diskussionen mit anderen Wissenschaftlern über seine Interpretation der Entropie entstanden ist. Das zweite Gesetz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie oder Unordnung eines Systems entweder gleich bleiben oder zunehmen kann, aber niemals abnehmen kann.
Denken Sie darüber nach: Haben Sie jemals ein zerbrochenes Glas gesehen, das magischerweise wieder zusammengefügt und ganz wurde?
Entropie bezieht sich auf das Maß an Zufälligkeit oder Unordnung in einem System. Eine hohe Entropie deutet auf ein stark gestörtes oder zufällig orientiertes System hin (Bildquelle: Fouad A. Saad/Shutterstock).
Dies ist das, was das zweite Gesetz offenbart: Unordnung kann entweder gleich bleiben oder zunehmen, aber niemals abnehmen.
Als Boltzmann jedoch die statistische Mechanik auf das Konzept der Entropie anwandte, entstanden hitzige Debatten unter Wissenschaftlern, die mehrere Jahrzehnte anhielten.
Die Komplexität der Entropie
Boltzmann schlug vor, dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Entropie eines Systems zunimmt oder gleich bleibt, hoch ist. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Wahrscheinlichkeit einer Entropieverringerung null ist. Sie ist einfach unglaublich klein, dass sie für praktische Systeme wie eine Box mit Teilchen vernachlässigt werden kann.
Denken wir an ein anderes Szenario: Ihnen wird gesagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Kugel von grün zu blau verändert, eins zu einer Billion für eine bestimmte Box beträgt. Nun stellen Sie sich vor, dass die Box nur 10 Kugeln enthält und Sie 10 Versuche haben, die Farbe einer Kugel zu ändern. Technisch gesehen ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Kugel von blau zu grün ändert, vernachlässigbar, oder?
Aber was ist, wenn wir unsere Vorstellungskraft auf ein unendliches System ausweiten?
Diese Frage zwang die Wissenschaftler damals zum Innehalten und Nachdenken, was zu hitzigen Debatten führte.
Der Weg zum Paradoxon
Die Wissenschaftler erkannten, dass in einem System mit unendlich vielen Teilchen mindestens eine Instanz oder Möglichkeit unter den unzähligen Möglichkeiten existiert, bei der sich diese Teilchen nicht zufällig, sondern in einer strukturierten Weise anordnen würden!
Eine solche Instanz ist ein zeitlich unendliches Universum. Ein zeitlich unendliches Universum bedeutet eine unbegrenzte Anzahl von Möglichkeiten, in denen die Unordnung zunimmt. Zunehmende Unordnung bedeutet, wie wir bereits wissen, zunehmende Zufälligkeit. Jedoch ist, wie bereits erwähnt, das scheinbar unmögliche Phänomen der Reduktion von Unordnung in einem unendlichen Phänomen immer noch erreichbar! In einem unendlichen Universum haben wir also nur EINE Möglichkeit aus unendlich vielen, bei der die Unordnung abnimmt und die Partikel sich zusammenschließen, um eine Struktur zu bilden, anstatt zufällig zu existieren.
In einem begrenzten Universum gibt es jedoch keine Möglichkeit unendlicher Möglichkeiten, daher ist das Konzept eines strukturierten Universums oder eines lebendigen Universums irrelevant!
Boltzmann nahm dieses Beispiel eines zeitlich unendlichen Universums und führte es weiter. Er stellte fest, dass sich irgendwann alle zufällig angeordneten Partikel in einem zeitlich unendlichen Universum zu einem strukturierten System zusammenfügen müssen. Das ist es, was die Statistik nahelegt! Vielleicht würde diese Bildung einer Struktur bedeuten, dass sich all diese Partikel zu einem Punkt konvergieren – was zum Urknall führt!
Eine weitere mögliche Idee, die er vorschlug, war ein lokales System in einem unendlich großen System, das bedeutet ein Universum, das Struktur und Leben in einem toten Multiversum enthält. Warum ein totes Multiversum? Weil ein totes Multiversum keine Struktur hat, was auf eine hohe Unordnung in einem Universum hindeutet.
Also bedeutet keine Struktur mehr Unordnung und mehr Unordnung ist unendlich wahrscheinlicher als umgekehrte Unordnung. Und wir wissen, dass es in einem unendlichen System nur eine Möglichkeit gibt, die Unordnung zu reduzieren. Also werden natürlich in dem unendlichen System eines Multiversums alle Universen bis auf eines tot sein!
Aber warum brauchen wir überhaupt ein ganzes Universum? Boltzmann glaubte, dass ein lokales System so klein wie eine Galaxie strukturiert und untot sein könnte in einem ansonsten toten Universum!
Boltzmanns Idee eines unendlichen Multiversums besagte, dass alle Universen bis auf eines tot waren. Das lag daran, dass es eine Möglichkeit von unendlich vielen gab, bei der die Unordnung abnimmt und eine richtige Struktur, wie unser Universum, bildet und daher untot ist. (Foto-Credit: Totti Cruz/Shutterstock)
Nun war diese Idee, die aus dem Bereich der Thermodynamik stammte, in den Bereich der Astronomie eingetreten. Dies geschah, als Sir Arthur Edington, ein renommierter Astronom, Physiker und Mathematiker seiner Zeit, in die Diskussion eintrat.
Er führte diesen außergewöhnlichen und fesselnden Gedankengang noch einen Schritt weiter. Oder besser gesagt, er vereinfachte ihn noch einen Schritt weiter. Er sagte, dass wir nicht einmal eine ganze Galaxie brauchen, um die Existenz von Struktur in einem toten Universum zu validieren. Wir brauchen nur einen intelligenten Beobachter, wie dich und mich!
Also mal ehrlich! Was hältst du für wahrscheinlicher – dass sich alle Partikel in einem unendlichen Universum zu einem Urknall vereinen oder dass sich eine lokale Gruppe von Partikeln zu einem intelligenten Beobachter zusammenschließt?
Diese Idee von intelligenten Beobachtern wurde von den Physikern und Kosmologen Albrecht und Sorbo auf den Höhepunkt gebracht, die sagten, dass wir nur den Teil des Körpers brauchen, der für Kognition und Bewusstsein notwendig ist, nämlich das Gehirn. Ein Gehirn, das zufällig aus dem Nichts in einem toten Universum (Universum hoher Unordnung) existiert und Erinnerungen an ein ganzes Leben enthält. Ein Leben, das in Wirklichkeit nie stattgefunden hat und genauso künstlich ist wie seine Gedanken. Diese Idee wurde das Boltzmann-Gehirn genannt.
Lassen Sie uns versuchen, es auf diese Weise zu begreifen. Alle unsere Erinnerungen bis jetzt – unsere Geburt, unsere Eltern, unser Verständnis des Sonnensystems, bis hin zu unserem Verständnis des Urknalls selbst – wären künstlich, wenn wir Boltzmann-Gehirne wären. Diese Gehirne existieren tatsächlich nicht, glauben aber, dass sie es tun.
Sind Sie ein Boltzmann-Gehirn?
Können Sie sich vorstellen, dass diese ganze Diskussion über das Universum und seine Ursprünge lange vor Einsteins Theorie der allgemeinen Relativität stattfand? Nun, das ist wohl wahrscheinlicher als die Vorstellung, dass Sie ein Boltzmann-Gehirn sein könnten! Als die Wissenschaftler die Gültigkeit dieses Paradoxons erkannten, glaubte jeder, dass er niemals ein Boltzmann-Gehirn sein könnte. Ich meine, offensichtlich! Ich weiß, dass meine Existenz nicht künstlich ist. Allerdings würde auch ein Boltzmann-Gehirn nicht wissen, dass seine Erinnerungen und Existenz künstlich sind. Diese Idee löste eine Krise in der wissenschaftlichen Gemeinschaft aus, und Forscher begannen, die Wahrscheinlichkeit, ein Boltzmann-Gehirn zu sein, zu untersuchen.
Sie berechneten, dass die Wahrscheinlichkeit für die Existenz eines Boltzmann-Gehirns in einem unendlichen Universum unendlich viel größer ist als die Wahrscheinlichkeit für ein menschliches Gehirn! Das bedeutet, dass wir statistisch gesehen wahrscheinlicher von Boltzmann-Gehirnen umgeben und selbst Boltzmann-Gehirne sind, während es höchst unwahrscheinlich ist, dass es überhaupt ein echtes Gehirn gibt! Also, sind wir überhaupt real? Ist der Autor dieses Artikels real? Oder sind Sie, der Leser dieses Artikels, tatsächlich ein Boltzmann-Gehirn?
Wie kann das Boltzmann-Paradoxon gebrochen werden?
Nun, da wir in eine existenzielle Krise geraten sind, wollen wir realistisch sein. Es gibt keine Möglichkeit zu wissen, ob wir ein Boltzmann-Gehirn sind oder nicht, aber die Wahrscheinlichkeit ist unendlich hoch, dass wir es sind! Aber hier ist der Haken! Wir haben nur über Boltzmann-Gehirne im Kontext eines Universums diskutiert, das unendlich lange existiert hat. Vielleicht liegt die Antwort darin, dass das Universum nicht für immer existiert hat!
Wissenschaftler haben die kosmologischen Modelle untersucht, die die Existenz von Boltzmann-Gehirnen in einem unendlichen Universum unterstützen. Sie kamen zu dem Schluss, dass diese Modelle hoch instabil und zu selbstuntergrabend sind, um ernst genommen zu werden. Daher müssen sie abgelehnt werden, ebenso wie die Existenz dieser Boltzmann-Gehirne. Also, das Paradoxon wurde gelöst, oder? Nun ja, irgendwie!
Wir verstehen jetzt, dass das Modell eines unendlich lange existierenden Universums nicht gültig ist. Stattdessen glauben wir, dass unser Universum seit dem Urknall für eine begrenzte Zeit existiert hat. Aber die Frage, die die Wissenschaftler nachts wachgehalten hat, bleibt unbeantwortet. Was existierte vor dem Urknall? Nichts? Oder ein lebloses Universum, das zur Konvergenz von Teilchen führte und den Urknall verursachte, was zu einem strukturierten Universum führte? Hm… klingt für mich stark nach dem Boltzmann-Gehirn-Universum!