Qu'est-ce que l'hypothèse du cerveau Boltzmann?

Le cerveau de Boltzmann est une prédiction théorique de l'explication de Boltzmann sur la flèche thermodynamique du temps. Bien que Ludwig Boltzmann lui-même n'ait jamais discuté de ce concept, ils sont apparus lorsque les cosmologistes ont appliqué ses idées sur les fluctuations aléatoires pour comprendre l'univers dans son ensemble.

Fond de cerveau de Boltzmann

Ludwig Boltzmann a été l'un des fondateurs du domaine de la thermodynamique au XIXe siècle. L'un des concepts clés était la deuxième loi de la thermodynamique, qui dit que l'entropie d'un système fermé augmente toujours. Puisque l'univers est un système fermé, nous nous attendons à ce que l'entropie augmente avec le temps. Cela signifie que, avec suffisamment de temps, l'état le plus probable de l'univers est celui où tout est en équilibre thermodynamique, mais nous n'existons clairement pas dans un univers de ce type car, après tout, il y a de l'ordre tout autour de nous dans diverses formes, dont la moindre n'est pas le fait que nous existons.

Dans cet esprit, nous pouvons appliquer le principe anthropique pour éclairer notre raisonnement en tenant compte du fait que nous existons, en fait. Ici, la logique devient un peu confuse, nous allons donc emprunter les mots de quelques regards plus détaillés sur la situation. Comme décrit par le cosmologiste Sean Carroll dans "From Eternity to Here:"

Boltzmann a invoqué le principe anthropique (bien qu'il ne l'appelle pas ainsi) pour expliquer pourquoi nous ne nous trouverions pas dans l'une des phases d'équilibre très courantes: En équilibre, la vie ne peut pas exister. De toute évidence, ce que nous voulons faire, c'est trouver les conditions les plus courantes dans un tel univers qui sont accueillantes pour la vie. Ou, si nous voulons être plus prudents, nous devrions peut-être rechercher des conditions qui sont non seulement accueillantes pour la vie, mais hospitalières pour le type particulier de vie intelligente et consciente de soi que nous aimons penser que nous sommes…

Nous pouvons mener cette logique à son terme ultime. Si ce que nous voulons, c'est une seule planète, nous n'avons certainement pas besoin de cent milliards de galaxies de cent milliards d'étoiles chacune. Et si ce que nous voulons, c'est une seule personne, nous n'avons certainement pas besoin d'une planète entière. Mais si en fait ce que nous voulons, c'est une seule intelligence, capable de penser le monde, nous n'avons même pas besoin d'une personne entière - nous avons juste besoin de son cerveau.

Alors le reductio ad absurdum de ce scénario est que l'écrasante majorité des intelligences dans ce multivers seront des cerveaux solitaires et désincarnés, qui fluctueront progressivement hors du chaos environnant puis se dissoudront progressivement dans celui-ci. Ces tristes créatures ont été surnommées «cerveaux de Boltzmann» par Andreas Albrecht et Lorenzo Sorbo…

Dans un article de 2004, Albrecht et Sorbo ont discuté des «cerveaux de Boltzmann» dans leur essai:

Il y a un siècle, Boltzmann considérait une «cosmologie» où l'univers observé devrait être considéré comme une rare fluctuation hors d'un certain état d'équilibre. La prédiction de ce point de vue, de façon assez générique, est que nous vivons dans un univers qui maximise l'entropie totale du système en cohérence avec les observations existantes. D'autres univers se produisent simplement comme des fluctuations beaucoup plus rares. Cela signifie que le plus possible du système doit être trouvé en équilibre aussi souvent que possible.

De ce point de vue, il est très surprenant que nous trouvions l'univers autour de nous dans un état d'entropie aussi faible. En fait, la conclusion logique de ce raisonnement est tout à fait solipsiste. La fluctuation la plus probable, cohérente avec tout ce que vous savez, est simplement votre cerveau (avec les «souvenirs» des champs profonds de Hubble, les données WMAP, etc.), qui brie fl uctivement le chaos, puis se rééquilibre immédiatement dans le chaos. Ceci est parfois appelé le paradoxe du «cerveau de Boltzmann».

Le but de ces descriptions n'est pas de suggérer que les cerveaux de Boltzmann existent réellement. Un peu comme l'expérience de pensée du chat de Schroedinger, le but de ce type d'expérience de pensée est d'étirer les choses à leur conclusion la plus extrême, afin de montrer les limites et les défauts potentiels de cette façon de penser. L'existence théorique des cerveaux de Boltzmann vous permet de les utiliser rhétoriquement comme exemple de quelque chose d'absurde à se manifester hors des fluctuations thermodynamiques, comme lorsque Carroll dit "Il y aura des fluctuations aléatoires du rayonnement thermique qui conduiront à toutes sortes d'événements improbables - y compris la génération spontanée de galaxies, de planètes et de cerveaux de Boltzmann."

Maintenant que vous comprenez les cerveaux de Boltzmann en tant que concept, cependant, vous devez procéder un peu pour comprendre le «paradoxe du cerveau de Boltzmann» qui est causé par l'application de cette pensée à ce degré absurde. Encore une fois, comme formulé par Carroll:

Pourquoi nous retrouvons-nous dans un univers évoluant progressivement à partir d'un état d'entropie incroyablement bas, plutôt que d'être des créatures isolées qui ont récemment fluctué du chaos environnant?

Malheureusement, il n'y a pas d'explication claire pour résoudre ce problème… c'est pourquoi il est toujours classé comme un paradoxe. Le livre de Carroll cherche à résoudre les questions qu'il soulève sur l'entropie dans l'univers et la flèche cosmologique du temps.

Culture populaire et cerveaux de Boltzmann

De façon amusante, Boltzmann Brains a fait son entrée dans la culture populaire de deux manières différentes. Ils se sont présentés comme une plaisanterie rapide dans une bande dessinée de Dilbert et comme l'envahisseur extraterrestre dans une copie de "The Incredible Hercules".