Universa die ‘kosmische hersenen’ voortbrengen moeten op de schroothoop

Door Anil Ananthaswamy

Frédéric Lecloux/Agence VU/Camerapress

Trouw op je zintuigen. Een theorie die bizarre hersenen willekeurig laat opduiken, kan geen geldige beschrijving van het universum zijn.

Dat lijkt misschien voor de hand te liggen, maar dergelijke bewuste waarnemers, Boltzmann-hersenen genaamd, zijn onvermijdelijk in bepaalde versies van de kosmologie. Nieuw werk dat beweert dergelijke theorieën te verbannen, suggereert niet alleen dat je hersenen niet zo’n rariteit zijn, maar vertelt ons ook welke raamwerken voor de kosmos het meest gezond zijn.

Het begrip Boltzmann-brein is gebaseerd op het idee van de 19e-eeuwse natuurkundige Ludwig Boltzmann dat de entropie van een gesloten systeem – een maat voor de wanorde ervan – altijd toeneemt. Er zijn veel meer manieren om wanordelijk te zijn dan ordelijk, dus is het veel waarschijnlijker dat het systeem in de richting van wanorde gaat. Maar er is altijd een infinitesimale kans dat een systeem plotseling van wanorde naar orde zal schommelen.

Wat meer is, we weten dat de uitdijing van ons universum versnelt, en de standaard opvatting is dat mysterieuze donkere energie daarvoor verantwoordelijk is. Als de donkere energie constant blijft in de tijd, zal het heelal eeuwig uitdijen.

“Als je letterlijk eeuwig kunt wachten, krijg je in wezen elk mogelijk ding dat fluctueert in het bestaan,” zegt Sean Carroll van het California Institute of Technology in Pasadena. Dat omvat ook Boltzmann hersenen.

Het idee is dat gegeven oneindige tijd, meer hersenen zullen fluctueren in het bestaan dan evolueren, zodat de meeste bewuste waarnemers het resultaat zouden zijn van fluctuaties. In zo’n oud universum is de kans dus groot dat wij ook zulke hersenen zijn.

Carroll is geen fan van Boltzmann-hersenen, en nu denkt hij te kunnen aantonen dat ze een brug te ver zijn.

Als onze hersenen spontaan zijn ontstaan door fluctuaties, zo redeneert hij, dan moeten we wel in de zeer verre toekomst leven, omdat het universum een bijna oneindige tijd nodig heeft om zulke fluctuaties werkelijkheid te laten worden. Maar onze metingen suggereren dat het universum slechts 14 miljard jaar geleden is begonnen.

Die discrepantie betekent dat als wij werkelijk Boltzmann-hersenen zijn in een oud universum, onze waarnemingen ook in de war zijn gebracht. “We zouden geen reden hebben om te geloven dat onze herinneringen aan het verleden accuraat zijn,” zegt Carroll.

Hij noemt deze paradox “cognitieve instabiliteit”: het onvermogen om je eigen processen van redeneren en geheugen te vertrouwen. Dat zou genoeg moeten zijn om zulke universa uit te sluiten – en de kosmologische modellen die ze produceren, zegt hij (arxiv.org/abs/1702.00850).

Dit heeft implicaties voor theorieën over donkere energie. Bijvoorbeeld, als donkere energie verzwakt in de tijd, dan zou het heelal kunnen inkrimpen en eindigen in een “big crunch” – en het zou nooit oud genoeg worden voor Boltzmann hersenen om zich te vormen. Als de donkere energie daarentegen constant is in de tijd, dan zouden er uiteindelijk Boltzmann hersenen kunnen ontstaan. Maar of het heelal op de noodzakelijke manier zal fluctueren, hangt af van de bijzonderheden van een theorie van de kwantumzwaartekracht, die nog moeten worden uitgewerkt.

Het weggooien van die theorieën die tot Boltzmann-hersenen leiden, kan ons helpen een keuze te maken tussen concurrerende ideeën, zegt Carroll. Op grond daarvan is het redelijk dat het heelal bijvoorbeeld op een big crunch afstevent.

Raphael Bousso van de Universiteit van Californië in Berkeley heeft zich over dit probleem gebogen en is verdeeld over Carroll’s ideeën.

“Als een theorie voorspelt dat de overgrote meerderheid van de waarnemers Boltzmann-hersenen zijn, dan is die theorie uitgesloten,” zegt hij. Maar hij vindt dat Carroll’s argument een onnodige mystiek introduceert. “Er is geen behoefte aan fancy begrippen als ‘cognitieve instabiliteit’.”

Dit artikel verscheen in druk onder de kop “Verwerp universa die leiden tot kosmische hersenen”

Meer over deze onderwerpen:

• kosmologie