聽說過玻爾茲曼大腦嗎？或許有人聽說過，也知道它是基于熱力學第二定律（熵），進行一場思想實驗。

該理論認爲，所有的原子都可以通過反彈然後與另一個原子結合的方式，在純粹的偶然機會下組裝成一個功能正常的人腦。

如此說來，宇宙中應該有很多這種孤單的玻爾茲曼大腦漂浮在無序中，他們有和我們不同的意識和記憶。

這聽起來是不是挺獵奇的？科學家當時也被這個理論繞暈了。我們從熱力學的最基礎來講一講，思考一下我們意識的本質，到底是什麽？

熵是什麽？我們舉個簡單的例子。

一只瓷碗從桌子上掉下來摔碎了，這個過程就可看作是熵的增加。

反過來說，瓷碗的碎片不會從地上飛上桌子再拼湊成一只碗。因爲反過來的話，就意味著熵減，而根據熱力學第二定律，我們的世界是一個熵增的世界。

也因此根據熱力學第二定律，時間是有方向的，熵的增加就是時間演化的方向，而熵減就是時間曾經的地方。

但是，如果將這一問題從物理學的別的角度去看，就會發現時間是沒有方向的，不但沒有方向，而且時間不分正反，事件的發生在時間的坐標上都不違反物理定理。

這種情況，又可叫做時間的對稱性。舉一個最簡單的例子，你站在樓上把一個足球扔了下去。

從正向的角度看，你把球扔下去了。如果是反過來看，或者是世界倒翻過來，那個足球不是掉下去了，而是被抛了上去。

不管是正還是反，它所涉及到物理定理都是萬有引力，而且不管從正面還是反面去看，也都能解釋的通。

而且在這個過程中，涉及到時間也是對稱性的，時間演進的方向區分不出正反。

但是，如果把扔下的足球換成一只瓷碗，因爲瓷碗的破碎，立刻就能區分出正反，而且在這個過程中，也能明顯區分出時間的正反來。

于是問題就來了，構成熱力學系統的也是微觀粒子，組成物質的微觀粒子，也滿足時間對稱的運動定律，可它爲什麽以一種整體的態勢出現後，對稱性就不複存在了呢？

微觀層面的時間對稱，保證了時間哪怕在倒轉以後，物理定律也是真的。但是一旦回歸到宏觀層面，時間就有了明顯的方向性。

兩者之間的矛盾是怎麽産生的，該怎麽去理解，這便是玻爾茲曼大腦考慮的問題所在。

問題的落腳點還是在時間上。如果把時間看成是空間維度，空間的左和右或者是前和後，都不會影響基本的物理定律。空間沒有分別，你可以看無數個維度，也可以走向無數個維度。

但是時間卻不行，我們都是從昨天走來的，但卻永遠回不到昨天，哪怕連上一秒我們都不回去。

這種明顯的不對稱性又出現了，物理定律明明顯示，時間應該表現出對稱性，時間的演進不應該只有一個指向。

由此産生的 這一問題叫時間箭頭，或者叫時間之箭。從熱力學的角度去看，這種情況合乎熵增定律，是合乎邏輯的。

但是，這樣的情況和時間的反演和對稱存在不可調和的矛盾。20世紀初期，物理學界就這一問題進行過辯論，其中自然就有那位叫路德維希·玻爾茲曼的物理學家。

圍繞這一問題，另一位科學家洛施米特提出過一個悖論。

簡單理解這個悖論就是，假設熱力學表現出來的是整體微觀粒子的整體性質，那如果存在一個于世界相反的世界，所有粒子依照原來的速度往相反的方向運動，那就意味著一切能回到初始點。

這就好比世界能夠倒流，既然能回到初始點，熵增就會變成熵減。而按照熱力學第二定律，熵減無論如何在現在的世界體系中不存在。

如此一來，熱力學表現的性質就應該是一個單獨的定律，它不能反應普遍粒子的統計結果，也不能融合粒子運動，而是應該在性質和概念上獨立于粒子運動。

洛施米特提出的這個悖論，確實讓玻爾茲曼一時不知道說什麽。爲了反駁對方，或者確切一點說是爲了解釋洛施米特提出的問題，玻爾茲曼後來又重新對熱力學第二定律做了一個定義。

即熱力學第二定律不是一個普遍的規律，它是統計性的。換言之，熵增只是一個最大概率的事件，但並不是一定會增加的事件。這個界定在後來就被稱爲玻爾茲曼熵。

簡單來說，它從一個定律和規律，變成了一個概率。像整個世界乃至宇宙，熵增的這種現象僅僅是概率大，而熵減的情況，或者准確說是低熵的狀態是概率低。

如此一來，熱力學第二定律，即由低熵狀態轉向高熵狀態，也從一定會發生，變成概率極高的狀態下會發生。性質發生了變化，定律變成了統計。

好比今天下雨，一定和會下雨，和99%會下雨，最後的結果雖然一樣，但是在指向性質上，兩者卻是不一樣的。

事情到此就結束了嗎？還遠遠沒有呢。之所以還沒有結束，是因爲這個解釋預設了前提，進而就導致更深層次的一個問題出現了。

原本，圍繞原來的問題，玻爾茲曼此前要解釋的是熵爲何增加而不是減少。按照他此前的解釋，又引出了另一個問題，低熵的狀態又是如何出現的？

對于這個問題，簡單的解釋就是不作解釋。你可以說熱力學第二定律就是一個普遍定律，它就可以解釋宇宙的起源和重點。

宇宙的起點就是低熵，然後自爆炸開始就是向著高熵的狀態發展。至于爲什麽宇宙偏偏是這麽起源的，可以不進行解釋，也可以將其說成是事實就是如此存在的。

可顯而易見的是，玻爾茲曼還活著的時候，肯定不願意用這種方式去搪塞，他要進行解釋，就得提出新的解釋方法。正是在這個基礎上，才有了後來的玻爾茲曼大腦。

那麽，玻爾茲曼究竟是怎麽解釋的呢？

熵增定律不會改變，或者說給我們的感覺不會改變，是因爲我們身處這個系統之中，受到這個定律的支配。我們無法跳出系統，只能以理論上的跳出系統來看待這個定律。

而只要跳出系統看熵增定律，它就只是一個演化階段，而且這個階段還是一瞬間的短暫現象，而在這一短暫現象之外，平衡態才是常態。爲了進行新的解釋，玻爾茲曼運用了漲落現象和漲落理論。

有一個理想氣體的概念，在這一概念下，産生的壓力是氣體分子不斷和受力面碰撞而形成的平均值。在這一概念下，受壓始終是穩定的。

但是在穩定之中，總會有單個不穩定的氣體分子存在，而且它所産生的撞擊受力面程度也不同。只不過相對于總體來說，個體太少所以由此産生的差異值很微小，並且能被平均抹平。

雖然如此，但理論上還是存在的，而這種存在所導致的波動，就是漲落現象。

如果用概率去看待漲落的話，如果將時間變成無限值，總會出現所有氣體分子都撞擊在受力面上的那一刻。這種概率雖然相當小，但不意味著它不會出現。反過來說，另外的情況則是大概率出現的。

按照這一邏輯，整個宇宙的平衡態，也就是大概率狀態是高熵的，而極小的概率下，它會偏離這一狀態出現小概率的事件。而這個小概率的事件，就是我們現在看到的宇宙。

這便是玻爾茲曼活著時候的解釋，在他看來，既然人們刨根問底詢問低熵的狀態是怎麽來的，那低熵就來自于極小概率。

在極小概率發生後，還是會回歸到平常的大概率狀態。而我們所處的時代，不過就是回歸常態的瞬間。

從宇宙本身來說，它從爆炸到現在持續了一百多億年，這麽漫長的時間居然還是小概率狀態，實在說不通。

但如果這種狀態僅僅是部分的，而其余的大部分還處在平衡狀態呢？這樣一來，小概率事件發生的範圍就被縮小了。

如果順著這條邏輯，從整個宇宙一直縮小到我們的大腦，我們大腦確實感受到了低概率的宇宙處于低熵狀態，而實際在大腦之外，卻處于大概率的平衡態，也就是宇宙演化到終結時的熱寂。

事情真的是如此嗎？我們不知道，恐怕玻爾茲曼當時也不知道。但根據原來的問題一路解釋道這一層，其實就來到了玻爾茲曼大腦的真正初始點了。

其實嚴格意義上來說，這個問題不存在，或者也可以當成它不存在。因爲這個解釋本身，就是基于統計和概率，從無限的時間裏去思考的。

在無限的時間裏，肯定是任何概率的事件都會發生。

有人說，圍繞玻爾茲曼大腦的思考過程，很容易將人引向虛無主義。因爲它似乎證明了事件和定律是可以分離的，而且還有可能只通過尺寸之間的大腦就能欺騙到你。

當然也有人說，通過玻爾茲曼大腦引申出來的思考，似乎能知道意識和靈魂的原委究竟是什麽。

這些說法你不能說不對，但是也不能說對，因爲圍繞這一解釋的思考，本身就沒辦法去證實，也沒辦法去證僞。

說的再跑題一點，你跳出宇宙之外去思考和解釋，得出的結論永遠不能去證實，因爲你就在這個系統之內。換言之，你也在你的大腦之內。

參考資料：

《玻爾茲曼大腦：我們的世界是真實的嗎？》 果殼網 2014年玻爾茲曼大腦 維基百科