北京
https://www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260502233922.htm
我們相信記憶，因為它們感覺自然；我們相信時間，因為它似乎只朝著一個方向流逝。然而，物理學卻允許一些更奇特的可能性，挑戰著這種直覺。圖片來源：《光與色原理》，1878年。由史密森尼圖書館和檔案館提供。
在一項新的研究中，SFI教授大衛·沃爾珀特、SFI分形理論研究員卡洛·羅韋利和物理學家喬丹·沙恩霍斯特對物理學和宇宙學中一個著名且令人不安的觀點——“玻爾茲曼大腦”假說——進行了全新的審視。該假說認為，我們的記憶、感知和觀察可能根本不反映真實的過去。相反，它們可能是熵增隨機形成的，從而呈現出一種從未真正發生過的連貫歷史的假象。
這個謎題源于統計物理學中一個深刻的矛盾。理解時間為何似乎只朝著一個方向流動，關鍵在于理解玻爾茲曼H定理。該定理是統計力學的核心原理，與熱力學第二定律緊密相關。熱力學第二定律解釋了熵為何隨時間增加，從而賦予我們過去和未來的概念。
然而，H定理本身具有時間對稱性，這意味著它并不偏向任何特定的時間方向。這帶來了一個令人驚訝的推論。從嚴格的形式主義角度來看，構成我們記憶和觀察的模式更有可能源于隨機的熵增，而非源于過去事件的真實序列。簡而言之，物理學似乎允許這樣一種可能性：我們的記憶并非可靠的記錄，而是由偶然因素產生的精細幻覺。這種令人不安的觀點正是玻爾茲曼大腦假說的核心。
關于時間的假設如何影響辯論
為了更好地理解這個問題，研究人員構建了一個正式的框架，用于檢驗不同的假設如何影響關于熵和記憶的結論。他們的研究將玻爾茲曼大腦假說、熱力學第二定律以及相關的“過去假說”（該假說假設宇宙起源于低熵狀態）聯系起來。
一個關鍵問題是，在分析熵的演化時，哪些時間點被視為固定不變的。一些方法將宇宙的當前狀態視為既定事實，并以此為基礎向外推演。另一些方法則假設宇宙大爆炸時處于低熵狀態。重要的是，物理定律并未明確指出哪種觀點是正確的，這為解釋留下了空間。
熵與記憶論證中的循環論證
這項研究引入了作者所謂的“熵猜想”，旨在揭示許多現有論證中的一個關鍵問題。他們指出，關于熵、時間和記憶的討論常常依賴于微妙的循環論證。在這些情況下，關于過去的假設被用來支持結論，例如記憶的可靠性或熵增加的方向。而這些結論反過來又被用來證明最初的假設是正確的。
研究人員并未試圖終結爭論，而是專注于揭示這些隱藏的結構。通過將物理定律的作用與我們用來解釋這些定律的假設區分開來，這項研究為我們思考圍繞時間、熵和記憶本質的長期存在的問題提供了一種更為透明的方式。
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