听说过玻尔兹曼大脑吗？或许有人听说过，也知道它是基于热力学第二定律（熵），进行一场思想实验。

该理论认为，所有的原子都可以通过反弹然后与另一个原子结合的方式，在纯粹的偶然机会下组装成一个功能正常的人脑。

如此说来，宇宙中应该有很多这种孤单的玻尔兹曼大脑漂浮在无序中，他们有和我们不同的意识和记忆。

这听起来是不是挺猎奇的？科学家当时也被这个理论绕晕了。我们从热力学的最基础来讲一讲，思考一下我们意识的本质，到底是什么？

熵是什么？我们举个简单的例子。

一只瓷碗从桌子上掉下来摔碎了，这个过程就可看作是熵的增加。

反过来说，瓷碗的碎片不会从地上飞上桌子再拼凑成一只碗。因为反过来的话，就意味着熵减，而根据热力学第二定律，我们的世界是一个熵增的世界。

也因此根据热力学第二定律，时间是有方向的，熵的增加就是时间演化的方向，而熵减就是时间曾经的地方。

但是，如果将这一问题从物理学的别的角度去看，就会发现时间是没有方向的，不但没有方向，而且时间不分正反，事件的发生在时间的坐标上都不违反物理定理。

这种情况，又可叫做时间的对称性。举一个最简单的例子，你站在楼上把一个足球扔了下去。

从正向的角度看，你把球扔下去了。如果是反过来看，或者是世界倒翻过来，那个足球不是掉下去了，而是被抛了上去。

不管是正还是反，它所涉及到物理定理都是万有引力，而且不管从正面还是反面去看，也都能解释的通。

而且在这个过程中，涉及到时间也是对称性的，时间演进的方向区分不出正反。

但是，如果把扔下的足球换成一只瓷碗，因为瓷碗的破碎，立刻就能区分出正反，而且在这个过程中，也能明显区分出时间的正反来。

于是问题就来了，构成热力学系统的也是微观粒子，组成物质的微观粒子，也满足时间对称的运动定律，可它为什么以一种整体的态势出现后，对称性就不复存在了呢？

微观层面的时间对称，保证了时间哪怕在倒转以后，物理定律也是真的。但是一旦回归到宏观层面，时间就有了明显的方向性。

两者之间的矛盾是怎么产生的，该怎么去理解，这便是玻尔兹曼大脑考虑的问题所在。

问题的落脚点还是在时间上。如果把时间看成是空间维度，空间的左和右或者是前和后，都不会影响基本的物理定律。空间没有分别，你可以看无数个维度，也可以走向无数个维度。

但是时间却不行，我们都是从昨天走来的，但却永远回不到昨天，哪怕连上一秒我们都不回去。

这种明显的不对称性又出现了，物理定律明明显示，时间应该表现出对称性，时间的演进不应该只有一个指向。

由此产生的 这一问题叫时间箭头，或者叫时间之箭。从热力学的角度去看，这种情况合乎熵增定律，是合乎逻辑的。

但是，这样的情况和时间的反演和对称存在不可调和的矛盾。20世纪初期，物理学界就这一问题进行过辩论，其中自然就有那位叫路德维希·玻尔兹曼的物理学家。

围绕这一问题，另一位科学家洛施米特提出过一个悖论。

简单理解这个悖论就是，假设热力学表现出来的是整体微观粒子的整体性质，那如果存在一个于世界相反的世界，所有粒子依照原来的速度往相反的方向运动，那就意味着一切能回到初始点。

这就好比世界能够倒流，既然能回到初始点，熵增就会变成熵减。而按照热力学第二定律，熵减无论如何在现在的世界体系中不存在。

如此一来，热力学表现的性质就应该是一个单独的定律，它不能反应普遍粒子的统计结果，也不能融合粒子运动，而是应该在性质和概念上独立于粒子运动。

洛施米特提出的这个悖论，确实让玻尔兹曼一时不知道说什么。为了反驳对方，或者确切一点说是为了解释洛施米特提出的问题，玻尔兹曼后来又重新对热力学第二定律做了一个定义。

即热力学第二定律不是一个普遍的规律，它是统计性的。换言之，熵增只是一个最大概率的事件，但并不是一定会增加的事件。这个界定在后来就被称为玻尔兹曼熵。

简单来说，它从一个定律和规律，变成了一个概率。像整个世界乃至宇宙，熵增的这种现象仅仅是概率大，而熵减的情况，或者准确说是低熵的状态是概率低。

如此一来，热力学第二定律，即由低熵状态转向高熵状态，也从一定会发生，变成概率极高的状态下会发生。性质发生了变化，定律变成了统计。

好比今天下雨，一定和会下雨，和99%会下雨，最后的结果虽然一样，但是在指向性质上，两者却是不一样的。

事情到此就结束了吗？还远远没有呢。之所以还没有结束，是因为这个解释预设了前提，进而就导致更深层次的一个问题出现了。

原本，围绕原来的问题，玻尔兹曼此前要解释的是熵为何增加而不是减少。按照他此前的解释，又引出了另一个问题，低熵的状态又是如何出现的？

对于这个问题，简单的解释就是不作解释。你可以说热力学第二定律就是一个普遍定律，它就可以解释宇宙的起源和重点。

宇宙的起点就是低熵，然后自爆炸开始就是向着高熵的状态发展。至于为什么宇宙偏偏是这么起源的，可以不进行解释，也可以将其说成是事实就是如此存在的。

可显而易见的是，玻尔兹曼还活着的时候，肯定不愿意用这种方式去搪塞，他要进行解释，就得提出新的解释方法。正是在这个基础上，才有了后来的玻尔兹曼大脑。

那么，玻尔兹曼究竟是怎么解释的呢？

熵增定律不会改变，或者说给我们的感觉不会改变，是因为我们身处这个系统之中，受到这个定律的支配。我们无法跳出系统，只能以理论上的跳出系统来看待这个定律。

而只要跳出系统看熵增定律，它就只是一个演化阶段，而且这个阶段还是一瞬间的短暂现象，而在这一短暂现象之外，平衡态才是常态。为了进行新的解释，玻尔兹曼运用了涨落现象和涨落理论。

有一个理想气体的概念，在这一概念下，产生的压力是气体分子不断和受力面碰撞而形成的平均值。在这一概念下，受压始终是稳定的。

但是在稳定之中，总会有单个不稳定的气体分子存在，而且它所产生的撞击受力面程度也不同。只不过相对于总体来说，个体太少所以由此产生的差异值很微小，并且能被平均抹平。

虽然如此，但理论上还是存在的，而这种存在所导致的波动，就是涨落现象。

如果用概率去看待涨落的话，如果将时间变成无限值，总会出现所有气体分子都撞击在受力面上的那一刻。这种概率虽然相当小，但不意味着它不会出现。反过来说，另外的情况则是大概率出现的。

按照这一逻辑，整个宇宙的平衡态，也就是大概率状态是高熵的，而极小的概率下，它会偏离这一状态出现小概率的事件。而这个小概率的事件，就是我们现在看到的宇宙。

这便是玻尔兹曼活着时候的解释，在他看来，既然人们刨根问底询问低熵的状态是怎么来的，那低熵就来自于极小概率。

在极小概率发生后，还是会回归到平常的大概率状态。而我们所处的时代，不过就是回归常态的瞬间。

从宇宙本身来说，它从爆炸到现在持续了一百多亿年，这么漫长的时间居然还是小概率状态，实在说不通。

但如果这种状态仅仅是部分的，而其余的大部分还处在平衡状态呢？这样一来，小概率事件发生的范围就被缩小了。

如果顺着这条逻辑，从整个宇宙一直缩小到我们的大脑，我们大脑确实感受到了低概率的宇宙处于低熵状态，而实际在大脑之外，却处于大概率的平衡态，也就是宇宙演化到终结时的热寂。

事情真的是如此吗？我们不知道，恐怕玻尔兹曼当时也不知道。但根据原来的问题一路解释道这一层，其实就来到了玻尔兹曼大脑的真正初始点了。

其实严格意义上来说，这个问题不存在，或者也可以当成它不存在。因为这个解释本身，就是基于统计和概率，从无限的时间里去思考的。

在无限的时间里，肯定是任何概率的事件都会发生。

有人说，围绕玻尔兹曼大脑的思考过程，很容易将人引向虚无主义。因为它似乎证明了事件和定律是可以分离的，而且还有可能只通过尺寸之间的大脑就能欺骗到你。

当然也有人说，通过玻尔兹曼大脑引申出来的思考，似乎能知道意识和灵魂的原委究竟是什么。

这些说法你不能说不对，但是也不能说对，因为围绕这一解释的思考，本身就没办法去证实，也没办法去证伪。

说的再跑题一点，你跳出宇宙之外去思考和解释，得出的结论永远不能去证实，因为你就在这个系统之内。换言之，你也在你的大脑之内。

参考资料：

《玻尔兹曼大脑：我们的世界是真实的吗？》 果壳网 2014年玻尔兹曼大脑 维基百科