Больцмановский мозг: уникально ли человеческое сознание?
Михаил Петров
Больцмановский мозг — это гипотетический объект, самопроизвольно собравшийся во Вселенной и способный осознавать свое существование. Вероятность такого события по некоторым оценкам даже превышает вероятность появления обычного человеческого мозга в ходе эволюции. Что с этим делать? И как в науке появилась гипотеза Больцмановского мозга? «Теории и практики» попытались разобраться, как отстоять уникальность человеческого сознания.
Все повторяется
В августе 1881 года на прогулке в окрестностях горной швейцарской деревушки Фридриха Ницше посетила мысль о вечном возвращении. «Высшая формула утверждения, которая вообще может быть достигнута», — как писал сам философ. По мысли Ницше, бесконечное течение времени с неизбежностью приводит к абсолютно точному повторению всех событий. Здесь и падающее с дерева яблоко, и застывший перед монитором читатель «Теорий и практик», и сам Ницше, в мистическом предчувствии мысли присевший отдохнуть у отвесной скалы. Все в точности повторится во Вселенной еще бесчисленное количество раз.
По воспоминаниям современников Ницше был очень увлечен новой идей. В поисках ее фундаментальных оснований он даже стал изучать естественные науки, но цельной теории у него так и не появилось — концепция вечного возвращения появляется в трудах немецкого философа только эпизодически. И тем удивительнее, что история про искусственный мозг, способный продублировать наше сознание, начинается совсем неподалеку — в Венском и Мюнхенском университетах, где в конце XIX века преподавал австрийский физик Людвиг Больцман.
Больцмана считают одним из создателей статистической физики — на его могиле даже выбита выведенная им знаменитая формула, позволяющая рассчитать физическую величину энтропию как меру упорядоченности системы: S=k*lnW, где S — энтропия, k — постоянная Больцмана (физическая постоянная, определяющая связь между температурой и энергией) , а W — количество микросостояний, реализующих макросостояние. Микросостояние — это состояние отдельной составляющей системы, а макросостояние — состояние системы в целом.
В качестве примера попробуем посчитать энтропию абстрактного рабочего стола, на котором лежит две папки. В идеале в одной (любой) папке должно быть два чистых листа, а в другой — два исписанных. При таких условиях возможны только два микросостояния: либо в папке №1 два чистых листа, а в папке №2 два исписанных, либо наоборот. А значит, по формуле энтропия такого состояния будет S = k*ln 2
Теперь представим, что листы перепутались, и в одну папку попало сразу три из них, а в другую только один. Тут появляется четыре возможных микросостояния: в первой папке два чистых листа и один исписанный, в первой папке два исписанных листа и один чистый, плюс два таких же состояния для папки второй). Подставляем число 4 в формулу: в целом энтропия такого состояния будет S=kln 4. А поскольку ln4 = 2ln2, получается, что с увеличением беспорядка энтропия такой простой системы удвоилась.
Во времена Больцмана уже был известен второй закон термодинамики, который утверждает, что процессы в закрытых системах самопроизвольно протекают в сторону увеличения беспорядка и энтропии (так и бумаги на столе запутываются, поскольку беспорядку соответствует гораздо больше различных конфигураций, чем порядку). И тут у Больцмана возникла проблема: окружающий мир казался слишком упорядоченной системой (надо отметить, что ученый тогда еще ничего не знал о двойной спирали ДНК или строении атома), чтобы функционировать по этому закону.
Мир как флуктуация
Тогда Больцман предположил, что наш мир с небольшой энтропией — это не что иное, как флуктуация. Случайное мимолетное отклонение Вселенной от ее основного состояния хаоса. Отсюда следовало и более общее утверждение: хаос способен порождать упорядоченные системы.
Прошло больше века, пока ученые нашли реальный механизм, способный подкрепить эту гипотезу — квантовые флуктуации вакуума. Дело в том, что физический вакуум это не просто некое абстрактное и навеки пустое пространство. Как бы хорошо мы не «откачали» всю материю из объема, в нем все равно постоянно будут появляться виртуальные, существующие бесконечно малое время частицы.
На первый взгляд это явление кажется какой-то физической абстракцией, но вполне материальные подтверждения его реальности уже существуют уже давно — вроде эффекта Казимира (две параллельные зеркальные пластины едва уловимо притягиваются друг к другу — в пространстве между ними рождается меньше виртуальных фотонов, чем снаружи, что создает небольшое избыточное давление). Более того, как считают некоторые физики, именно крошечные квантовые флуктуации определяют многие важные аспекты нашей жизни — подобно тому, как взмах крыла бабочки, скажем, в , через месяц вызовет ледяной дождь в Москве.
Но что будет, если пара виртуальных частиц — например, электрон и позитрон, из ниоткуда появившиеся в нашем мире — мгновенно разойдется в пространстве? А если они встретятся с миллиардами других таких же частиц и случайно организуются в точную копию Солнечной системы? Или в конкретного человека со всеми его воспоминаниями, идеями и переживаниями? Так физики конца XX века вернулись сразу и к Больцману, и к Ницше.
Впрочем, гораздо более вероятным событием против случайного зарождения целого человека будет появление только одного его мозга. Того самого мозга Больцмана, собравшегося во Вселенной и теперь осознающего свое существование. Более того, вероятность этого события по некоторым подсчетам даже больше, чем вероятность привычного появления точно такого же мозга в результате биологической эволюции. А это уже практически солипсизм. Ведь кто при таком обороте дел способен уверенно сказать, что наш материальный мир реален, а не является только сновидческим порождением какого-нибудь случайного мозга, плавающего в глубинах космоса?
Эволюция vs случайность
Такие рассуждения могут показаться чистой фантазией. Но даже самые серьезные ученые теперь берут в расчет этот парадокс мозга Больцмана.
«Логика квантовой теории поля и инфляционной космологии заставляет меня признать, что в бесконечно отдаленном будущем в вакууме будут рождаться все новые и новые копии меня самого, точнее, моего нынешнего сознания, — говорит профессор физики Стэнфордского университета Андрей Линде. — Но если это так, почему я должен верить, что я нынешний — это и есть оригинал, а не одна из копий? Более того, коль скоро число копий бесконечно, такая вероятность больше, чем вероятность быть первоисточником».
Конечно, этот парадокс можно обойти: подогнать вероятности возникновения мозга Больцмана и обычного человеческого мозга в результате длинной цепочки «Большой Взрыв — эволюция Вселенной — появление биомакромолекул — зарождение жизни — биологическая эволюция» под наше интуитивное желание быть уникальными самосознающими объектами. Такой задачей вполне серьезно занимаются многие ученые — и в том числе сам Андрей Линде, написавший одну из самых цитируемых научных работ этой области.
Упрощенно же можно говорить о двух основных подходах, способных отстоять уникальность нашего сознания. Первый из них апеллирует к преждевременному распаду вакуума. Наша Вселенная со всеми ее физическим законами перестает существовать, поскольку по природе своей была нестабильна, а Больцмановские мозги просто не успевают возникнуть. Человечество счастливо.
Второй же привлекает саму природу биологической эволюции, которая не является слепым перебором вариантов в поисках идеальной случайной комбинации (слепым перебором комбинаций нуклеотидов за все время жизни даже сложно установить структуру одного конкретного гена, кодирующего один белок). Ведь в эволюции очень важен промежуточный отбор вариантов, который явно повышает вероятность «природного» возникновения человеческого мозга. Но как его учитывать в расчете вероятностей? Оставим этот вопрос ученым.
Источник
Мозг Больцмана
Мозг Больцмана — это фантастическое суще… то есть, это осознавшая себя форма чего угодно. То есть, олицетворение разума. Что особо важно: мозги Больцмана появляются случайно, из-за флуктуаций в какой-либо системе, со статистически малой вероятностью, которая — учитывая бесконечность вселенной — уверенно стремится к единице. При этом, если Вселенная враждебна, то мозг Больцмана образуется с большей вероятностью, а если дружелюбна — то по всей вероятности разум является плодом эволюции. Причем, одно другое не исключает — и если мы с вами, оказавшись на уютной планете Земля, непостижимым образом оказавшейся в жилой зоне звезды, поблизости от которой за всю её историю не бабахнуло ничего, что могло бы её стерилизовать, вполне-себе развились эволюционным путем, то где-нибудь в кромешном аду на окраине Вселенной вполне может иметься разум, возникший спонтанно, из флуктуаций. Можете себе представить, какой сюрприз нас ждёт, если мы не дай бог с ним встретимся (особенно весело будет фанатам квантовой механики).
Разумеется, со стороны гипотетического наблюдателя образование мозга Больцмана выглядит примерно так: куча элементарных частиц от нечего делать собираются то в кита, то в горшок петуньи, то в мешок камней, то вообще в кусок говна, причем делают это самопроизвольно, случайно и многие миллионы лет. А потом среди длиннющего списка объектов, в которые частицы могли бы собраться, возникает нечто способное шевелить извилинами и осознавать себя. В принципе, способность частиц собираться вместе — это уже давно доказанное явление, и собираться они предпочитают в органику, причем делают это ещё в космосе. Органика, однако, не равна жизни, для этого нужно чтобы она усложнилась и образовала что-то вроде клетки. Ну а потом, соответственно, многоклеточный организм, чем-то питающийся и что-то выделяющий. То есть организму по-любому нужна сфера обитания, позволяющая ему выжить. Иными словами, буде мозг Больцмана образуется спонтанно сам по себе — он тут же погибнет. Не беда, с чуть меньшей вероятностью он может образоваться в чем угодно, что обладает достаточной производительностью для того, чтобы обрести сознание. К сожалению, из-за того, что кроме человека других разумных видов мы не знаем, предположить о том, как будет выглядеть разумная жизнь, спонтанно самособравшаяся где-нибудь у черта на рогах мы не можем. Следовательно, остаётся прибегнуть к испытанному средству — к фантазии. А это значит, что в далеком космосе нас будут ждать океаны разумных соплей, разумные планеты, разумные черви-планетоеды… Да что угодно! Даже Бог. И вот тут, как-то незаметно, вероятностная концепция дает однозначный ответ на вопрос «есть ли Бог» — во вселенной, где статистически-вероятны такие вот фокусы возможно всё что угодно, и Бог либо ещё есть, ибо уже есть.
Но тут как обычно нас поджидает маленькое западло: дело в том, что мозг, который способен осознать себя, не всегда может это сделать. Прежде всего, если мозг Больцмана будет там, в пустоте, совсем один — как бы ни был он высокоразвит, у него будут те же проблемы что и у любого разума, оказавшегося в одиночестве с детства. То есть задержки развития, отсутствие речи и так далее. Для того, чтобы этого не было, мозгов Больцмана должно быть много — тогда они выработают средства коммуникации, и скооперировавшись, займутся выживачем вместе. Как вариант, у него может наступить расщепление личности, и это позволит избежать вопроса «откуда на краю Вселенной образовалось такое количество мозгов Больцмана».
Ну а как мозг Больцана отнесется к людям? Будет ли у него нечеловеческая зловещая психология, или же напротив, он будет мудрым и добрым? Фантасты родили множество примеров и того и другого. По сути дела ввиду атропного принципа мы смело можем предположить, что психология мозга Больцмана будет определятья теми же параметрами что и наша — то есть если бедолага будет одинок в пустом и крайне мерзком космосе, в котором нужно адово выживать — вряд ли он будет психически здоров (в нашем понимании — из описанного выше ясно что множественная личность для него, вероятно, будет необходимо для выживания), но если он будет окружен такими же как он, и они употребят силу своего разума на то, чтобы преобразовать окружающий мир во что-то более комфортабельное — это будет означать во-первых наличие у мозга Больцмана прямых рук и способности к перемещению, а также изменению окружающей среды, а во-вторых — цивилизацию, что автоматически подразумевает систему разрешения конфликтов, определенную этику и высокий научный уровень. А так как наука — это универсальный язык общения разумных существ — думаю мы поладим. Если конечно, теологи не испортят всю малину, начав выяснять кто из нас был создан Богом.
Из всего вышесказанного, надо думать, ясно, что образование мозга Больцмана в нашей Вселенной — это весьма невероятный феномен. Но, теоретически, возможный.
Источник
«Мозг Больцмана»: почему у Вселенной может быть сознание
Обычному человеку довольно трудно представить себе вакуум в его физической форме. Сознание большинства людей при одном упоминании слова вакуум изображает пространство, где отсутствуют даже элементы веществ в доступной для обзора площади. Понимание физического определения слова вакуум соприкасается с изучением теоретических аспектов физики. Не стоит забывать о том, что существует понятие плотность физического вакуума, что вводит многих людей в состояние ступора, ведь возникает вопрос, разве может пустота обладать какой-либо плотностью.
Для более простого изложения информации, следует условно обозначить вакуум пространством, внутри которого присутствуют некоторого рода элементы, чье фактическое существование современным оборудованием обнаружить не представляется возможным, в виду их довольно низкого энергетического потенциала. Другими словами, в вакууме имеются частицы, которые на данный момент достоверно определить невозможно. Подобные объекты, которые нельзя идентифицировать, ведут постоянное взаимодействие между собой. Неожиданно в сфере фиксируемых энергетических звеньев появляется пара, где сочетается частица и античастица. Подобная комбинация формируется симметрично. Другими словами частицы возникают попарно. Внешнее наблюдение за подобными явлениями способно произвести впечатление, ведь пара частиц возникает из пустоты. На самом деле подобные пары не возникают из ниоткуда, а вырываются из сферы низкого энергетического потенциала, который называется физический вакуум. Появление подобных частиц называется флуктуация.
Теория Больцмана
Один из величайших ученых конца XIX- начала XX века на протяжении длительного отрезка времени работал над изучением термодинамики, но особый интерес мужчина испытывал к энтропии. Логически рассуждая, можно прийти к такому выводу: «Любые вещества во вселенной за неограниченный временной интервал должны трансформироваться в разреженный газ, образовавшийся в условиях экстремально низких температур». Подобное явление объясняется нарастанием системы энтропии. Несмотря на подобные размышления в реальности Вселенная является упорядоченным пространством.
Теория Больцмана заключается в следующем: «мир, наблюдаемый каждым человеком, является результатом процесса флуктуации». В определенных частях системы наблюдается снижение энтропии, при условии ее возрастании в общей системе. Сложность окружающего мира указывает на факт, что простые предметы чаще всего возникают в результате интенсивного процесса самообразования спонтанного характера. Формирование планеты Земля является процессом, который существенно проще, чем появление Солнечной системы в целом. Кроме того Солнечная система сформировалась существенно быстрее, чем вся Галактика.
Далее специалист провел аналогию к роду человеческому. Логические рассуждения приводят к выводу, что возникновение человека в целом является менее вероятным процессом, чем формирование мозга. В рассматриваемой гипотезе автор не имел в виду конкретно возникновение человеческого мозга. Он абстрактно представил возможность появления мыслящей субстанции, осознающей себя и обладающей возможностью созидания окружающего мира. Подобным образованием можно считать знаменитую планету-океан «Солярис», которая обладала возможностью мышления и стала предметом творческой деятельности Станислава Лема.
Что такое мозг Больцмана?
Замыслы Больцмана стали благоприятной платформой для дальнейшего развития. Труды ученого продолжили современные исследователи, чьим профилем работы стала натуралистическая философия. Выполнение расчетов позволило установить, что произвольное самообразование мыслящего объекта является маловероятным, но вполне возможным, процессом. Средние статистические расчеты предполагают возникновение подобного рода образований один раз за 10500 миллионов лет.
Основываясь на мнении космологии можно сделать вывод, что наша Вселенная существует приблизительно 14,5 миллионов лет, что существенно ниже временного отрезка, необходимого для самостоятельного формирования мыслящей субстанции. Параллельно можно строить теорию бесконечного существования Вселенной. Тогда, несмотря на довольно длительный период образования мыслящих объектов, их в бесконечном пространстве может оказаться довольно много. Подобные образования принято называть в честь фамилии ученого, разработавшего теорию, Больцмана.
В целом, под понятием мозг Больцмана подразумевается гипотетическое существование субстанции, которая сумела образоваться за счет процесса флуктуации в физическом вакууме. Подобный объект полностью осознает свое существование и может вести наблюдение за окружающим миром.
Основываясь на изложенных выше гипотетических рассуждениях, можно прийти к следующему выводу: «благодаря фактическому наличию мозга Больцмана происходит построение определенного порядка в окружающем мире». Перед тем, как во Вселенной образовывается сторонний наблюдатель, пространство является хаотичным. Углубившись в детали, можно ассоциировать мозг Больцмана и определение свойств фотона. Благодаря наличию самостоятельной мыслящей субстанции происходит проявление фотонной, корпускулярной или волновой структуры. Определение подобных явлений без длительного наблюдения за ними является невозможным процессом.
Продолжая рассуждать, можно непосредственно выйти на теорию матрицы, которая является предметом для размышления современных философов. Кстати, подобная гипотеза не имеет материального обоснования, поэтому рассматривать ее не будем.
Источник