幾百年前，有個(gè)叫笛卡爾的人提出過一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn)。設(shè)想有一個(gè)“邪惡魔鬼”既強(qiáng)大又聰明，而它整天不干別的、唯一的任務(wù)就是欺騙我。確切地說，是圍繞我的一切感官制造一個(gè)幻覺，讓我以為自己看見了一個(gè)完整的外部世界——但這個(gè)世界并不存在。事實(shí)上，它還營(yíng)造出了我的全部身體，而我的身體也不存在。那么，我如何判斷“現(xiàn)實(shí)”中的我感知到的一切是不是真實(shí)的呢？

那句人盡皆知的“我思，故我在”就出自這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)——不管魔鬼怎么欺騙，我作為思考的主體一定是存在的。但是這不能解決外部世界是否為幻覺的問題。笛卡爾本人最后動(dòng)用了上帝，這恐怕不能讓現(xiàn)代讀者滿意。其它類似的思想實(shí)驗(yàn)也沒有一個(gè)能干凈利落解決這一問題的——印度哲學(xué)有摩耶，希臘哲學(xué)有洞穴隱喻，中國(guó)哲學(xué)有莊周夢(mèng)蝶，科幻讀者會(huì)想到缸中之腦，電影愛好者會(huì)想到黑客帝國(guó)和盜夢(mèng)空間……不過不管怎么看，這都是個(gè)純粹的哲學(xué)命題吧。

但是事實(shí)上，物理學(xué)也堂堂正正在里面摻和了一腳。而這個(gè)邪惡魔鬼的物理學(xué)版本，就叫做玻爾茲曼大腦。

宇宙的起源為什么是低熵的？

路德維?！げ柶澛@個(gè)名字通常會(huì)和19世紀(jì)末的熱力學(xué)聯(lián)系在一起，玻爾茲曼大腦也不例外。事實(shí)上，它是源自熱力學(xué)第二定律的產(chǎn)物。

我們都聽說過墨菲定律：事情只要能變得更糟，總會(huì)變得更糟。這時(shí)熱力學(xué)第二定律會(huì)冒出來(lái)半開玩笑地解釋說，因?yàn)楣铝Ⅲw系里事物的無(wú)序度（熵）不可能自發(fā)減少嘛。杯子能自動(dòng)變成碎片，碎片不能自動(dòng)變成杯子；空氣分子會(huì)均勻分布在屋子里，而不會(huì)突然全跑到左半邊、讓右邊的人憋死。但是，為什么會(huì)這樣呢？

玻爾茲曼提出過一個(gè)巧妙的基于概率的解釋。假如所有的空氣分子都龜縮在房間的一個(gè)小角落，那么這樣可能的分布方式數(shù)量很小。假如空氣分子均勻分布在房間里，可能的分布方式數(shù)量就超級(jí)大。現(xiàn)在你任選一個(gè)時(shí)刻看一眼這間屋子，你看到它的氣體非常不均勻的概率，幾乎就是零。事實(shí)上，你就在這里等上一千億年，也不見得能等到氣體全跑到左半邊的那一瞬間。之所以孤立系統(tǒng)的熵不會(huì)自發(fā)減少，因?yàn)殪馗叩臓顟B(tài)出現(xiàn)的概率大。

但是這個(gè)解釋有一個(gè)嚴(yán)重的麻煩。如果熵高的狀態(tài)概率大，那么它不管什么時(shí)候的概率都應(yīng)該很大——概率是數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)可是無(wú)視時(shí)間流逝的?？墒庆赜衷陔S時(shí)間增加，所以我們?nèi)绻宦吠苹剡^去，宇宙起源的時(shí)候熵應(yīng)該很小才對(duì)。那么，這個(gè)起源點(diǎn)何德何能，憑啥就可以占據(jù)一個(gè)概率小的低熵狀態(tài)？

一般人的第一反應(yīng)是人擇原理。如果沒有低熵的開端，我們就不會(huì)存在，也就不會(huì)問出“為啥我們看到了低熵宇宙起源”這個(gè)問題。這個(gè)回答沒有錯(cuò)，但并沒有解決問題：初始的那個(gè)低熵態(tài)，是哪來(lái)的^[注]？就算我們把它推給上帝或超級(jí)智慧外星生命體，也不過是變成了上帝的低熵是哪來(lái)的新問題……

圖片修改自Sean Carroll From Eternity to Here

對(duì)此，玻爾茲曼本人給出了另一個(gè)巧妙的解釋：漲落。

玻爾茲曼和他的漲落理論

他說，按照概率，確實(shí)高熵的容易出現(xiàn)——但我可沒說低熵的就絕對(duì)不能出現(xiàn)。再小的概率，也不是時(shí)間的對(duì)手，一群猴子敲打字機(jī)都能敲出莎士比亞呢。只要你等得足夠久，總有一天你能等到小概率事件，看到氣體全聚在半邊、碎片自動(dòng)變成玻璃的那一天。這種小概率事件就是“漲落”的結(jié)果。既然等得越久，越可能出現(xiàn)大的漲落，那么全宇宙這么大的漲落也不是不可能的嘛。

的確，這種概率低得無(wú)以復(fù)加，如果我們是外來(lái)的觀測(cè)者，一眼望過去不可能看到這么大的漲落和這么大的低熵態(tài)。但是，我們生活在宇宙內(nèi)部。如果宇宙沒有出現(xiàn)這樣的漲落，我們就不能存在！既然我們已經(jīng)存在了，那么我們必須存在于這個(gè)漲落之中，我們當(dāng)然也就必須能看到漲落。

于是玻爾茲曼的宇宙是這個(gè)樣子的：

玻爾茲曼漲落理論的宇宙圖景，修改自Sean Carroll

大部分時(shí)候，宇宙都待在高熵期。

少數(shù)時(shí)候，宇宙產(chǎn)生了小的漲落。

極少數(shù)時(shí)候，宇宙產(chǎn)生了巨大的漲落，允許智慧生命存在——所以有了ABC這些點(diǎn)。

注意，不管你生活在B和生活在A，宇宙對(duì)你看起來(lái)都是一樣的——區(qū)別是在B點(diǎn)你會(huì)覺得“右邊”是過去、是低熵，而在A點(diǎn)你會(huì)覺得“左邊”是過去、是低熵。但是放眼整個(gè)時(shí)間線，左和右沒有區(qū)別，兩個(gè)方向上物理定律都能用，數(shù)學(xué)也是完美的。

多么美妙的解決方案啊。如果世界只停留在這一步該多好。

但是不行。你已經(jīng)咬了第一口，就得整個(gè)兒吞下去。你不能只拿好處、不接受苦果。

而玻爾茲曼解釋的苦果，就是玻爾茲曼大腦。

邪惡物理學(xué)家的缸中之腦，或玻爾茲曼腦

從概率上講，小的漲落比大的漲落多。事實(shí)上是多得多得多。那么，既然前提是我們擁有意識(shí)，應(yīng)當(dāng)預(yù)測(cè)，我們身處所有能產(chǎn)生意識(shí)的漲落中，最小的那一批。好比說我現(xiàn)在告訴你氣體真的都在屋子的左半邊，那你還是應(yīng)該預(yù)測(cè)氣體在左半邊均勻分布，而不是進(jìn)一步聚集到左四分之一。

但是我們現(xiàn)在的宇宙里有那么多的恒星和星系，甚至很多都可能支持生命。要這么多干嘛？明明一個(gè)銀河系，不，甚至一個(gè)成分合適的太陽(yáng)系就可以支持生命存在了?。咳绻磺卸际菨q落，那么小小的太陽(yáng)系獨(dú)自漲落出來(lái)的次數(shù)顯然比整個(gè)低熵宇宙漲落出來(lái)的概率大得多。

還沒完。漲落是靠概率的，所以是無(wú)所不能的，那我們干脆讓它漲落出來(lái)一個(gè)孤零零的大腦（或者電腦，或者任何意識(shí)的載體）就是了！確實(shí)很難，但是考慮到大腦這么小，里面的粒子數(shù)量這么有限，這應(yīng)該要比漲落出來(lái)一個(gè)宇宙容易多了。這個(gè)大腦會(huì)像銀河系搭車客指南里的那頭鯨魚一樣，剛剛意識(shí)到自己的存在、并為之驚嘆，轉(zhuǎn)瞬之間就恢復(fù)到虛無(wú)狀態(tài)之中。而這樣的大腦，其總數(shù)量肯定比這太陽(yáng)系里的七十億大腦要多得多。從概率上講，我們都應(yīng)該是這樣的大腦，正如概率上講我們看到氣體應(yīng)該均勻分布一樣。

什么，你說你的生活很豐富很充實(shí)，和那種瞬間體驗(yàn)截然不同？沒關(guān)系，既然連大腦都能漲落出來(lái)，再漲落幾個(gè)虛假的記憶又有何不可？連成套的感官輸入也一起漲落出來(lái)又有何不可？區(qū)區(qū)一個(gè)大腦里面再怎么復(fù)雜，其概率還能比外面千億太陽(yáng)的概率更低？（假如真的更低，那你這個(gè)大腦是怎么從宇宙里“自然”誕生的？）你以為你是在屏幕前看這篇文章，焉知你不是一個(gè)缸中之腦，呃，不是一個(gè)虛無(wú)高熵宇宙中漲落出來(lái)的玻爾茲曼大腦？

圖片來(lái)源：petemandik

這回不是空想出來(lái)的邪惡魔鬼或者邪惡科學(xué)家了。這看起來(lái)是堂堂正正的物理學(xué)給出的預(yù)測(cè)啊……怎么辦？難道就這么向虛無(wú)主義投降么？

解鈴還須系鈴人

果子吃到一半，發(fā)現(xiàn)是苦的。怎么辦？在這個(gè)例子里，可能還就得堅(jiān)持吃完，依然靠物理學(xué)來(lái)解決問題。

物理學(xué)家對(duì)待這個(gè)問題有很多種路線。比如費(fèi)曼就提出過一個(gè)著名反駁：絕大部分玻爾茲曼大腦看到的應(yīng)該是四周一片虛無(wú)，能擁有完整感官輸入的大腦所占比例微乎其微；不過這個(gè)反駁也有一個(gè)小小的弱點(diǎn)，那就是那些大腦應(yīng)該一開始就面對(duì)虛無(wú)被逼瘋掉了，根本不可能像我們這樣安心思考，也就不會(huì)提出這個(gè)問題。更多的理論是從分析而非綜合的角度出發(fā)，討論其他已知物理事實(shí)如何影響玻爾茲曼大腦。不過，我最喜歡的一個(gè)理論——來(lái)自物理學(xué)家西恩·卡羅爾（Sean Carroll）——是以其人之道還治其人之身。他論仔細(xì)審查了漲落，發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)大麻煩：雖然當(dāng)初玻爾茲曼提出它是為了解釋我們的過去，但其實(shí)它做不到這一點(diǎn)。

現(xiàn)在我們的宇宙處在熵“中等”的狀態(tài)。請(qǐng)問我們宇宙的過去是什么樣的？如果問的是“什么樣的過去宇宙能自然演變?yōu)槲覀儸F(xiàn)在的宇宙”，那么當(dāng)然是更低熵的宇宙。但是請(qǐng)問以下兩種狀態(tài)哪一種更為可能：先漲落出來(lái)了一個(gè)超級(jí)低熵的宇宙然后自然演變成我們現(xiàn)在的中等狀態(tài)，還是直接就漲落出來(lái)了中等狀態(tài)？

按照漲落理論，當(dāng)然是熵越高的狀態(tài)出現(xiàn)概率越大。而我們的宇宙的熵在增加，此時(shí)此刻的熵比一百年前的熵高。所以，最大的可能是，我們這個(gè)宇宙是在上一個(gè)瞬間剛剛漲落出來(lái)的產(chǎn)物，而不是在138億年前漲落出來(lái)然后自然演變到今天的結(jié)果。我們應(yīng)該處在最低點(diǎn)C上，而非A或者B；我們的過去和未來(lái)應(yīng)該都是更高的熵。

但是這不是我們觀測(cè)到的場(chǎng)景，我們看到的過去分明是大爆炸。當(dāng)初我們引入漲落理論就是為了解釋過去，但是細(xì)究之下它的預(yù)測(cè)和我們的觀測(cè)不符，那么這個(gè)理論就該拋棄掉。

所以更加可能的解釋是：我們生活在母體創(chuàng)造的虛$%@VQ$error42^#F@t，生活在一個(gè)不靠漲落就能存在的低熵世界里。我們看到的一切不是漲落的結(jié)果，而是某種比漲落概率大得多的事件的產(chǎn)物。在這個(gè)事件面前，不管玻爾茲曼太陽(yáng)系還是玻爾茲曼大腦都重新變成了可以忽略不計(jì)的小概率。

可是這個(gè)新的事件是什么？老實(shí)說，我們還不清楚（不清楚=“我們有很多假說，只不過沒有一個(gè)假說能說服大多數(shù)人”）。畢竟這一切都是有限框架下的一套推論，我們對(duì)于宇宙學(xué)和量子引力理論的了解還太淺，甚至最后發(fā)現(xiàn)整套玻爾茲曼理論都不成立也是有可能的。但至少，知道你不太可能是個(gè)虛空中的玻爾茲曼大腦，也許有助于睡個(gè)好覺——畢竟，按照某些哲學(xué)流派，物自體是不可知的，管好自己的感官就是了，何必在意它是“真”還是“假”呢。（編輯：Calo）

[注]不錯(cuò)，很多人提出過很多方法，試圖解釋為啥一個(gè)低熵的開端是“自然”的。問題是，如果低熵作為開端是自然的，那么它作為結(jié)束、作為任何一個(gè)中間狀態(tài)同樣應(yīng)該是自然的。要知道，我們有CPT對(duì)稱定理：物理定律在時(shí)間+電荷+手性三重反演下，不會(huì)改變。如果在我們的宇宙中，隨著時(shí)間流逝，低熵變成高熵是自然的、反之不自然，那么我們也能創(chuàng)造或者找到其中的一個(gè)小區(qū)域，在那里電荷相反，手性相反，高熵變成低熵是自然的。于是熱力學(xué)第二定律就不滿足CPT定理。那么我們要么扔掉熱力學(xué)第二定律（沒門），要么扔掉CPT定理（違背實(shí)驗(yàn)觀測(cè)），要么就得承認(rèn)低熵開端并不自然。物理學(xué)家休·普萊斯（Huw Price） 稱之為“雙重標(biāo)準(zhǔn)原則”：宇宙的任何初始狀態(tài)如果是“自然”的，那么它作為最終狀態(tài)也必須是自然的。玻爾茲曼的漲落解釋就成功避免了這個(gè)問題——在漲落理論里，左和右是對(duì)稱的，宇宙不管往前推還是往后推，大部分時(shí)間都在“自然”的高熵態(tài)，只不過偶爾出些小波動(dòng)。