Oι εγκέφαλοι Boltzmann, το πολυσύμπαν και η θεωρία των χορδών. String theory may limit space brain threat

Οι εγκέφαλοι Boltzmann είναι συνειδητές οντότητες που είναι δυνατόν ν’ αναδυθούν αυθόρμητα στο χώρο. No brainer if the multiverse rules (Image: Lynette Cook/SPL).

Είναι γεγονός πως οι φυσικοί κατά καιρούς επεξεργάζονται περίεργες ιδέες, αλλά με την ιδέα των εγκεφάλων Boltzmann θα μπορούσε κάποιος να τους κατηγορήσει πως έχουν «ξεφύγει» τελείως.

Ludwig Boltzmann (1844-1906), austrian phyisicist.

Όταν αναφερόμαστε σε «εγκέφαλο Boltzmann», εννοούμε έναν παρατηρητή που εμφανίζεται στο σύμπαν εξ αιτίας των τυχαίων διακυμάνσεων του χωρόχρονου. Αυτή η ιδέα της συνειδητής οντότητας που αναδύεται αυθόρμητα στο χώρο, φέρει το όνομα του μεγάλου θεωρητικού φυσικού Ludwig Boltzmann.

Φαντάζει αδύνατος ο αυθόρμητος σχηματισμός ενός εγκεφάλου, όμως οι νόμοι της φυσικής δεν το αποκλείουν εντελώς. Το μόνο που χρειάζεται είναι ένα τεράστιο χρονικό διάστημα για να συνδυαστούν με τον κατάλληλο τρόπο τα σωματίδια στην μορφή ενός λειτουργικού μυαλού.

Είναι η ίδια λογική που λέει ότι ένα εκατομμύριο πίθηκοι που πληκτρολογούν τυχαία σε ένα εκατομμύριο γραφομηχανές θα αναπαράγουν τα έργα του Σαίξπηρ, αν τους αφήσουμε να «εργάζονται» για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.

Τα περισσότερα κοσμολογικά μοντέλα προβλέπουν ότι το σύμπαν θα διαστέλλεται εκθετικά για πάντα. Στο άπειρο αυτό χρονικό διάστημα είναι δυνατόν να παραχθεί ένας αδιανόητος αριθμός εγκεφάλων Boltzmann που μάλιστα θα υπερτερεί αριθμητικά των ανθρώπων που έζησαν, ζουν ή θα ζήσουν στο μέλλον.

Αυτό σημαίνει ότι οι παρατηρητές σε ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος, είναι οι εγκέφαλοι Boltzmann και όχι εμείς. Αυτό είναι ένα πρόβλημα, γιατί η αφετηρία για την κατανόηση του σύμπαντος και την συμπεριφορά του είναι ότι οι άνθρωποι είναι οι παρατηρητές. Αν δεν είναι, τότε οι θεωρίες μας αρχίζουν να φαίνονται προβληματικές.

«Πρέπει να είναι πιο πιθανό να είσαι ένας απλός παρατηρητής απ’ ότι ένας εγκέφαλος Boltzmann», ισχυρίζεται η Claire Zukowski από το Πανεπιστήμιο Berkeley στην Καλιφόρνια.

Ένα ιδιαίτερο πρόβλημα είναι ότι οι περισσότεροι εγκέφαλοι Boltzmann θα υπάρξουν στο απώτερο μέλλον, όταν το σύμπαν δεν θα είναι τίποτα περισσότερο από κενό βυθισμένο στο σκοτάδι, με ένα παρελθόν δυσδιάκριτο από το μέλλον. Αυτό όμως ανατρέπει την εικόνα του βέλους του χρόνου που καθορίζεται από τον εμπειρικό δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο [η εντροπία αυξάνει μόνο προς το μέλλον, ποτέ προς το παρελθόν - αυτή η ασυμμετρία ονομάζεται θερμοδυναμικό βέλος του χρόνου].

Ωστόσο, αν αποδείξουμε ότι το σύμπαν έχει πεπερασμένη διάρκεια ζωής, τότε η ιδέα των εγκεφάλων Boltzmann που απαιτεί άπειρο χρόνο απορρίπτεται.

Η θεωρία των χορδών μπορεί να βοηθήσει προς αυτή την κατεύθυνση, ισχυρίζεται η Zukowski, η οποία μελέτησε το πρόβλημα ως μέρος της διδακτορικής της έρευνας υπό την καθοδήγηση του Raphael Bousso.

Σύμφωνα με τη θεωρία χορδών, μπορεί να υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός από σύμπαντα. Όλα αυτά τα σύμπαντα δημιουργούνται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αιώνιος πληθωρισμός, στην οποία ένα τουλάχιστον σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς με απίστευτο ρυθμό, ενώ άλλα δημιουργούνται και να αναπτύσσονται μέσα σε αυτό σαν φυσαλίδες. Αυτό το σύνολο των συμπάντων ονομάζεται πολυσύμπαν. Πολλά από αυτά τα σύμπαντα θα μπορούσαν να είναι ασφυκτικά γεμάτα από εγκεφάλους από πολύ νωρίς στην ιστορία τους, ανατρέποντας την γνωστή μας εικόνα όσον αφορά το βέλος του χρόνου.

Η τελευταία εργασία των Zukowski και Bousso [«Multi-Vacuum Initial Conditions and the Arrow of Time»] αποδεικνύει ότι κάτι τέτοιο δεν θα συμβεί. Στο πολυσύμπαν, συνεχώς «εκκολάπτονται» σύμπαντα μέσα στο μητρικό σύμπαν, έτσι ώστε τα χαρακτηριστικά των γονεϊκών συμπάντων να καθορίζουν την μορφή των «μωρών» συμπάντων που προκύπτουν – και είτε τα σύμπαντα αυτά δεν παραμένουν για αρκετό χρόνο ώστε να γεμίσουν με εγκεφάλους Boltzmann εγκεφάλους ή εξαφανίζονται αμέσως.

Οι Bousso και Zukowski πραγματοποίησαν μια μαθηματική ανάλυση των πολυσυμπάντων χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές αρχικές καταστάσεις: ένα παλαιότερο μοντέλο που προτάθηκε πρώτα από τον Stephen Hawking και τον συνεργάτη του James Hartle, και ένα νεότερο μοντέλο που προέκυψε από τις μαθηματικές θεωρήσεις του πολυσύμπαντος στη θεωρία των χορδών.

Ενώ το μοντέλο Hartle-Hawking μοντέλο οδηγεί σε «κατακλυσμό» εγκεφάλων Boltzmann, στο μοντέλο της θεωρίας των χορδών επικρατούν οι συνηθισμένες συνειδήσεις – όπως η ανθρώπινη. Αυτό κάνει την θεώρηση του σύμπαντός μας απόλυτα φυσιολογική  στα πλαίσια του πολυσύμπαντος.

Η ιδέα της θεωρίας των χορδών και του πολυσύμπαντος είναι ακόμα αμφιλεγόμενη. Δέχεται συχνά επιθέσεις ως κάτι υπερβολικά πολύπλοκο και δύσκολο να αποδειχθεί. Αν όμως οι Bousso και Zukowski είναι σωστοί και επιλύουν το πρόβλημα των εγκεφάλων Boltzmann, τότε η θεωρία μπορεί να αποκτήσει περισσότερους υποστηρικτές.

Αυτό βέβαια απέχει πολύ από το να θεωρήσουμε πως τα παραπάνω είναι: «ενδεχομένως μια επιπλέον πειραματική επιτυχία της θεωρίας των χορδών και του αιώνιου πληθωρισμού» όπως ισχυρίζεται ο Daniel Harlow, φυσικός στο πανεπιστήμιο Ρrinceton.