Bugün öğrendim ki: Boltzmann Beyinleri hakkında, atomların herhangi bir dizilimin diğer herhangi bir dizilişle aynı olasılıkta olduğu fikri, hafızası olan tam gelişmiş bir insan beyninin uzayda kendiliğinden oluşabileceği anlamına gelir.
Boltzmann Beyni Düşünce Deneyi
Boltzmann beyni düşünce deneyi, evrenin kozmologların düşündüğü gibi oluşması yerine, uzayda, evrenimizde var olmuş olma belleğine sahip tam donanımlı bir beynin kendiliğinden oluşmasının daha olası olabileceğini öne sürer. Fizikçiler, Boltzmann beyni düşünce deneyini, rekabetçi bilimsel teorileri değerlendirmek için bir indirgemeye götürme argümanı olarak kullanırlar.
Beyin kavanozundaki düşünce deneylerinin aksine, algı ve düşünceyle ilgili olanlar, Boltzmann beyinleri, evrenin termodinamiği ve gelişimine ilişkin varsayımlarımızı test etmek için kozmoloji alanında kullanılır. Yeterince uzun bir zaman dilimi boyunca, rastgele dalgalanmalar, parçacıkların kendiliğinden, işlevsel bir insan beyni de dahil olmak üzere her derece karmaşıklığa sahip her türlü yapıyı oluşturmasına neden olabilir. Senaryo başlangıçta yanlış anılarla tek bir beyni içeriyordu, ancak fizikçi Sean M. Carroll, dalgalanan bir evrende, senaryonun tüm bedenler ve tüm galaksilerle de aynı şekilde geçerli olduğunu belirtti.
Fikir, 1896'da evrenin gelişmekte olan termodinamik alanının öngördüğü kadar kaotik olmadığı gerçeğini açıklamaya çalışan bir teori yayınlayan fizikçi Ludwig Boltzmann (1844-1906)'un adını almıştır. Birkaç açıklama sundu ve bunlardan biri, evrenin en olası, yayılmış ve özelliksiz termal denge durumuna ulaştıktan sonra, kendiliğinden, bulunduğumuz evren gibi daha düzenli (veya düşük entropili) bir duruma dalgalanacağıydı. Boltzmann beyinleri ilk olarak, evrenimizin düşük entropili durumu için Boltzmann'ın bu açıklamasına karşı bir indirgemeye götürme yanıtı olarak önerildi.
Boltzmann beyni, bazı kozmologların, evren hakkındaki birçok teoride, insan beyinlerinin rastgele dalgalanmalardan ortaya çıkmasının çok daha olası olduğunu fark etmeye başlamasıyla, yaklaşık 2002 civarında yeni bir önem kazandı; bu, istatistiksel olarak insanların geçmişe dair anılarının ve aslında Boltzmann beyinleri olduklarının muhtemelen yanlış olacağı sonucuna yol açar. Çok evrenler hakkında daha yeni ortaya atılan teorilere uygulandığında, Boltzmann beyin argümanları kozmolojinin çözülememiş ölçüm sorununa dahildir.
"Boltzmann Evreni"
[düzenle]
1896'da matematikçi Ernst Zermelo, termodinamiğin ikinci yasasının istatistiksel değil mutlak olduğunu savunan bir teori ortaya attı. Zermelo, teorisini, Poincaré tekrar teoreminin kapalı bir sistemdeki istatistiksel entropinin sonunda periyodik bir fonksiyon olduğunu göstermesiyle destekledi; bu nedenle, entropiyi her zaman artırdığı gözlemlenen İkinci Yasa, istatistiksel olma olasılığı düşük. Zermelo'nun argümanına karşı koymak için Boltzmann iki teori ortaya attı. Şimdi doğru olduğuna inanılan ilk teori, evrenin bilinmeyen bir nedenden dolayı düşük entropili bir durumda başladığıdır. İkinci ve alternatif teori, 1896'da yayınlanmış olsa da, 1895'te Boltzmann'ın asistanı Ignaz Schütz'e atfedilmiştir ve "Boltzmann evreni" senaryosudur. Bu senaryoda, evren sonsuzluğun büyük bir bölümünü özelliksiz bir ısı ölümü durumunda geçirir; ancak, yeterli eonlar boyunca, sonunda, atomların tam olarak gözlemlediğimiz tüm gözlemlenebilir evrene denk bir alt yapı oluşturmak için birbirlerinden sıçradığı çok nadir bir termal dalgalanma meydana gelecektir. Boltzmann, evrenin çoğunun özelliksiz olduğunu, ancak insanların o bölgeleri zeki yaşamın bulunmadığı için görmediğini savunur; Boltzmann için insanlığın yalnızca kendi Boltzmann evreninin iç kısmını görmesi, buradaki zeki yaşamın tek yeri olduğu için olağandışı değildir. (Bu, modern bilimlerde antropik ilkenin ilk kullanımı olabilir).
1931'de astronom Arthur Eddington, büyük bir dalgalanmanın küçük bir dalgalanmadan çok daha az olası olduğunu vurgulayarak, Boltzmann evrenlerindeki gözlemcilerin daha küçük dalgalanmalardaki gözlemcilerden çok daha az sayıda olacağını gösterdi. Fizikçi Richard Feynman, yaygın olarak okunan Feynman Fizik Dersleri'nde benzer bir karşı argüman yayınladı. 2004 yılına gelindiğinde fizikçiler, Eddington'ın gözlemini mantıksal sonucuna götürmüşlerdi: sonsuz bir termal dalgalanma eonunda en çok gözlemci, diğer özelliksiz bir evrende ortaya çıkan minimum "Boltzmann beyinleri" olurdu.
Kendiliğinden Oluşum
[düzenle]
Evrenin nihai ergod "ısı ölümü" durumunda, yeterli zaman verildiğinde, her olası yapı (her olası beyin dahil) muhtemelen rastgele dalgalanma yoluyla oluşturulacaktır. Zaman ölçeği, Poincaré tekrarlama süresine bağlıdır. Bir Boltzmann beyni (veya bedeni veya dünyası) aniden var olmaya başlamayabilir, Anthony Aguirre, Sean M. Carroll ve Matthew C. Johnson savunurlar. Bunun yerine, beynin bozunma yolunun tersine dönmüş gibi görünen daha küçük dalgalanmaların bir dizisinde oluşacaktır. Boltzmann tarzı düşünce deneyleri genellikle, muhtemelen öz farkındalığa sahip gözlemciler olan insan beyinleri gibi yapılara odaklanır. Ancak, en azından ölçütleri karşılayan daha küçük yapılar, daha büyük yapılardan çok daha fazla ve üssel olarak daha yaygındır; kabaca bir benzetme, bir Scrabble harfleri kutusu sallanırken tek bir gerçek İngilizce kelimenin ortaya çıkma olasılığının, bir İngilizce cümle veya paragrafın oluşma olasılığından daha yüksek olmasıdır. Bir Boltzmann beyninin oluşması için gereken ortalama zaman ölçeği, evrenin mevcut yaşından çok daha büyüktür. Modern fizikte, Boltzmann beyinleri, kuantum dalgalanması veya genellikle çekirdeklenme içeren termal dalgalanma yoluyla oluşabilir.
Kuantum Dalgalanması Yoluyla
[düzenle]
Bir hesaplamaya göre, bir Boltzmann beyni, 10^10^50 yıllık bir süre sonra boşlukta bir kuantum dalgalanması olarak ortaya çıkacaktır. Bu dalgalanma, boşluk enerjisi eksik olan gerçek bir Minkowski boşluğunda (düz bir uzay-zaman boşluğunda) bile meydana gelebilir. Kuantum mekaniği, boşluktan en az enerji "ödünç alan" daha küçük dalgalanmaları çok tercih eder. Tipik olarak, bir kuantum Boltzmann beyni aniden boşluktan (eşdeğer miktarda sanal karşı maddeyle birlikte) ortaya çıkar, yalnızca tek bir tutarlı düşünce veya gözlem sahibi oluncaya kadar var olur ve sonra ortaya çıktığı kadar ani olarak boşluğa kaybolur. Böyle bir beyin tamamen kendi kendine yeter ve enerjiyi sonsuza dek yaymaz.
Çekirdeklenme Yoluyla
[düzenle]
Mevcut kanıtlar, gözlemlenebilir evreni kaplayan boşluğun Minkowski bir alan değil, pozitif bir kozmolojik sabite sahip bir de Sitter alanı olduğunu göstermektedir. Bir de Sitter boşluğunda (fakat Minkowski boşluğunda değil), bir Boltzmann beyni, de Sitter alanının sınırlı kozmolojik ufukundan yayılan Hawking radyasyonundan şansa göre kademeli olarak bir araya getirilmiş sanal olmayan parçacıkların çekirdeklenmesi yoluyla oluşabilir. Çekirdeklenmeye kadar geçen ortalama sürenin tahmini, 10^10^69 yılı civarındadır. Tipik bir çekirdeklenmiş Boltzmann beyni, mutlak sıfıra kadar soğuyacak ve nihayetinde uzay boşluğunda herhangi bir izole nesnenin yapacağı gibi tamamen bozulacaktır. Kuantum dalgalanması durumunun aksine, Boltzmann beyni enerjiyi sonsuza dek yayacaktır. Çekirdeklenme olayında, en yaygın dalgalanmalar, bir dalgalanmanın "Boltzmann beyni" olarak etiketlenmesi için verilen keyfi kriterlere göre olabildiğince termal dengeye yakındır.
Teorik olarak, Boltzmann beyni, madde egemen erken evrenin herhangi bir anında, çok küçük bir olasılıkla, oluşabilir.
Boltzmann Beyni Sorununa Modern Tepkiler
[düzenle]
Kozmologların genel görüşü, Boltzmann beyinlerinin normal insan beyinlerinden çok daha fazla sayıda olması gerektiği şaşırtıcı hesaplamasında henüz ortaya çıkarılmamış bir hatanın belirtisi olduğudur. Sean Carroll, "Boltzmann beyinlerinin var olduğunu söylemiyoruz, onlardan kaçınmaya çalışıyoruz." der. Carroll, Boltzmann beyni olma hipotezinin "bilişsel dengesizliğe" yol açtığını belirtti. Çünkü, bir beynin oluşması için evrenin mevcut yaşından daha uzun süreceğini iddia ederek, daha genç bir evrende var olduğunu gözlemlediğini düşünür. Bu nedenle, bellek ve akıl yürütme süreçlerinin, gerçekten bir Boltzmann beyni ise güvenilmez olacağını gösterir. Seth Lloyd, "Monty Python testinde başarısız oluyorlar: Durun! Çok aptal!" diyor. New Scientist yazarı, "evrenin ve davranışının anlayışımızın başlangıç noktası insanlar, bedensiz beyinler değil, tipik gözlemcilerdir." diye özetliyor.
Bazıları, kuantum dalgalanması yoluyla üretilen beyinlerin ve belki de de Sitter boşluğunda çekirdeklenme yoluyla üretilen beyinlerin gözlemci olarak sayılmadığını iddia eder. Kuantum dalgalanmaları, çevreyle sonsuza dek etkileşim kurmamaları gibi daha açık kriterler nedeniyle çekirdeklenmiş beyinlerden daha kolay dışlanabilir.
Carroll, kuantum mekaniğinde ölçüm sorununa ilişkin daha iyi bir anlayışın, bazı vakum durumlarının dinamik evrimi olmadığını ve çekirdeklenmiş beyinleri veya başka herhangi bir gözlemci türünü destekleyemeyeceğini göstereceğini düşünüyor. Bazı kozmologlar, holografik sicim teorisinin kuantum vakumundaki özgürlük derecelerinin Boltzmann beyni sorununu çözebileceğine inanıyor.
Amerikalı teorik fizikçi ve matematikçi Brian Greene, "Boltzmann beyni olmadığıma eminim. Bununla birlikte, teorilerimizin benzer şekilde Boltzmann beyni olmadığımızı kabul etmesini istiyoruz, ancak şimdiye kadar bunun yapılması şaşırtıcı derecede zor oldu." diyor.
Tek Evren Senaryolarında
[düzenle]
Kozmolojik bir sabitle tek bir de Sitter evreninde ve herhangi bir sonlu uzamsal dilimden başlayarak, "normal" gözlemcilerin sayısı sonludur ve evrenin ısı ölümüyle sınırlıdır. Evren sonsuza kadar sürerse, çoğu modelde çekirdeklenmiş Boltzmann beyinlerinin sayısı sonsuzdur; Alan Guth gibi kozmologlar, bunun bizim normal beyinler olmamızın "sonsuz derecede düşük olasılığa" yol açacağını endişelendirdi. Bir istisna, evrenin 20 milyar yıldan kısa bir sürede Minkowski veya Büyük Çöküş sınırlamalı bir anti-de Sitter uzayına yerel olarak bozunan bir yanlış vakum olması durumudur. (Ortalama yerel yanlış vakum çöküş oranı 20 milyar yıldan fazlaysa, Boltzmann beyni çekirdeklenmesi hala sonsuzdur, çünkü evren yerel boşluk çöküşlerinin içindeki evren bölümlerini çöküşlerin gelecekteki ışık konileri içindeki bölgelerden daha hızlı büyür). Bu zaman diliminde evreni yok edecek varsayımsal mekanizmalar, süper ağır gravitonlardan gözlemlenenin ötesinde daha ağır bir üst kuark'ın "Higgs yoluyla ölümünü tetiklemesine" kadar uzanıyor.
Kozmolojik sabit yoksa ve şu anda gözlemlenen boşluk enerjisi nihayetinde tamamen dağılacak olan özdeğerden geliyorsa, sonsuz Boltzmann çekirdeklenmesi de önlenir.
Sonsuz Enflasyon
[düzenle]
Boltzmann beyni sorununa yönelik çözümlerin bir sınıfı, kozmoloji ölçüm sorununa farklı yaklaşımlar kullanır: sonsuz çok evren teorilerinde, normal gözlemciler ile Boltzmann beyinlerinin oranı sonsuz limitler nasıl alınırsa alınır. Belirli ölçümler, Boltzmann beyinlerinin önemli kesirlerinin önlenmesi için seçilebilir. Tek evren durumunun aksine, sonsuz enflasyon durumunda küresel bir çözüm bulmak için tüm olası sicim manzaralarının toplanması gerekir; bazı ölçümlerle, Boltzmann beyinleriyle dolu evrenlerin bile küçük bir kesirinin olması, çok evrenin tamamının ölçümünün Boltzmann beyinleri tarafından baskılanmasına yol açar.
Kozmoloji ölçüm problemi ayrıca, normal gözlemciler ile anormal derecede erken gözlemciler arasındaki orana da değinmektedir. Doğru zaman ölçüsü gibi aşırı bir "gençlik" sorunundan muzdarip ölçümler için, tipik gözlemci, aşırı sıcak, erken bir evrende nadir bir dalgalanma ile oluşan bir "Boltzmann bebeği"dir.
Kendinizi Bir "Boltzmann Gözlemcisi" Olarak Tanımlamak
[düzenle]
Boltzmann beyni senaryolarında, Boltzmann beyinleri ile "normal gözlemciler" arasındaki oran astronomik olarak büyüktür. İşlevsel bedenler içindeki beyinler, teleskoplardan 3K mikrodalga arka plan radyasyonunu algıladıklarını düşünen gözlemciler, tutarlı deneyimlerin bir belleğine sahip gözlemciler veya benimle aynı deneyim dizisine sahip gözlemciler gibi hemen hemen her ilgili Boltzmann beyni alt kümesi, "normal gözlemcilerden" çok daha fazla sayıda olacaktır. Bu nedenle, çoğu bilinç modeli altında, Boltzmann beyinlerinin evreni aşırı derecede baskılamadığı bir durumda, kendinizi güvenilir bir şekilde bu tür bir "Boltzmann gözlemcisi" olarak tanımlayamayabilirsiniz. Tutarlılık dışsalcı bilinç modelleri altında bile, geçmiş birkaç yıl boyunca sürekli bir Dünya büyüklüğündeki dalgalanma içinde yaşayan Boltzmann gözlemcileri, evrenin "ısı ölümü" öncesinde ortaya çıkan "normal gözlemcilerden" çok daha fazla sayıda olacaktır.
Daha önce belirtildiği gibi, çoğu Boltzmann beyninin "anormal" deneyimleri vardır; Feynman, eğer kendinizi tipik bir Boltzmann beyni olarak tanırsanız, gelecekte "normal" gözlemlerin devam edeceğini beklemeyeceğinizi belirtti. Başka bir deyişle, Boltzmann beyinleri baskın bir evrende, çoğu Boltzmann beyninin "anormal" deneyimleri vardır, ancak yalnızca "normal" deneyimlere sahip çoğu gözlemci, bu tür bir evrende Boltzmann beyinleridir, çünkü Boltzmann beyinlerinin nüfusu çok büyüktür.
Ayrıca bakınız
[düzenle]
Antropik ilke - Bilge yaşam ve evrenle ilgili hipotez
Bekenstein sınırı - Fizikte entropi için üst sınır
Çin beyni - Felsefi deney
Rüya argümanı - Rüya görme eylemi hakkında varsayım
Biyolojik karmaşıklığın evrimi - Her ne kadar genel bir yönelim olmaksızın, zamanla maksimum karmaşıklığın artma eğilimi
Evrenin ısı ölümü - Evrenin olası kaderi
Isı ölümü paradoksu - Evrenin kaderine ilişkin paradoks
İdealizm - Felsefi görüş
Sonsuz maymun teoremi - Olasılıkta karşı sezgisel sonuç
Matryoshka beyni - Yıldız enerjisiyle çalışan dev bilgisayar
Omphalos hipotezi - Yaratılışçı hipotez
Simülasyon hipotezi - Gerçekliğin bir bilgisayar simülasyonu olabileceği hipotezi
Solipsizm - Yalnızca kişinin kendi zihninin var olduğundan emin olma felsefi fikri
Bataklık adamı - Felsefi düşünce deneyi
Referanslar
[düzenle]
Daha fazla okuma
[düzenle]
"Kozmolojik Sabitin Rahatsız Edici İmplikasyonları", Lisa Dyson, Matthew Kleban ve Leonard Susskind, Journal of High Energy Physics 0210 (2002) 011 (arXiv'te)
"Evrenimizin 20 Milyar Yıl İçinde Bozulma Olasılığı Nedir?", Don N. Page, (arXiv'te)
"Manzaradaki Havuzlar, Boltzmann Beyinleri ve Kozmolojik Sabit Sorunu", Andrei Linde, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 0701 (2007) 022 (arXiv'te)
"Uzayda Hayaletler", Mason Inman, New Scientist, Cilt 195, Sayı 2617, 18 Ağustos 2007, s. 26-29.
"Büyük Beyin Teorisi: Kozmologlar Beyinlerini Mi Kaybettiler?", Dennis Overbye, 15 Ocak 2008, The New York Times