Universum som ger upphov till ”kosmiska hjärnor” bör läggas på skroten

Av Anil Ananthaswamy

Frédéric Lecloux/Agence VU/Camerapress

Trots dina sinnen. En teori som låter bisarra hjärnor dyka upp slumpmässigt kan inte vara en giltig beskrivning av universum.

Det kan tyckas uppenbart, men sådana medvetna observatörer, som kallas Boltzmannhjärnor, är oundvikliga i vissa versioner av kosmologin. Ett nytt arbete som gör anspråk på att bannlysa sådana teorier tyder inte bara på att din hjärna inte är så konstig, utan talar också om för oss vilka ramar för kosmos som är de mest sunda.

Begreppet Boltzmannhjärna bygger på 1800-talsfysikern Ludwig Boltzmanns idé om att entropin i ett slutet system – ett mått på dess oordning – alltid ökar. Det finns betydligt fler sätt att vara oordnad än ordnad, så det är mycket mer sannolikt att systemet kommer att röra sig mot oordning. Men det finns alltid en infinitesimal sannolikhet för att ett system plötsligt kommer att fluktuera från oordning till ordning.

Vi vet dessutom att expansionen av vårt universum accelererar, och den gängse uppfattningen är att mystisk mörk energi är ansvarig. Om den mörka energin förblir konstant under hela tiden kommer universum att expandera i all evighet.

”Om du bokstavligen har en evighet på dig att vänta kommer du att få i princip varenda möjlig sak som fluktuerar in i existensen”, säger Sean Carroll vid California Institute of Technology i Pasadena. Det inkluderar Boltzmannhjärnor.

Tanken är att om man ger oändlig tid kommer fler hjärnor att fluktuera till existens än vad som utvecklas, så de flesta medvetna observatörer skulle vara resultatet av fluktuationer. I ett så gammalt universum är oddsen alltså att vi också är sådana hjärnor.

Carroll är inget fan av Boltzmannhjärnor, och nu tror han att han kan visa att de är en bro för långt.

Om våra hjärnor spontant fluktuerade till existens, resonerar han, måste vi leva i en mycket avlägsen framtid, eftersom universum behöver en nästan oändlig tid för att sådana fluktuationer ska kunna bli en verklighet. Men våra mätningar tyder på att universum började för bara 14 miljarder år sedan.

Denna diskrepans innebär att om vi verkligen är Boltzmannhjärnor i ett gammalt universum så är även våra uppfattningar förvirrade. ”Vi skulle inte ha någon anledning att tro att våra minnen från det förflutna är korrekta, säger Carroll.

Han kallar denna paradox för ”kognitiv instabilitet”: oförmågan att lita på sina egna resonemangs- och minnesprocesser. Detta borde vara tillräckligt för att utesluta sådana universum – och de kosmologiska modeller som producerar dem, säger han (arxiv.org/abs/1702.00850).

Detta har konsekvenser för teorier om mörk energi. Om den mörka energin till exempel försvagas med tiden skulle universum kunna dra ihop sig och hamna i en ”big crunch” – och det skulle aldrig bli tillräckligt gammalt för att Boltzmannhjärnor ska kunna bildas. Om den mörka energin i stället är konstant över tiden kan Boltzmannhjärnor dyka upp så småningom. Men huruvida universum kommer att fluktuera på det nödvändiga sättet beror på detaljerna i en teori om kvantgravitation, som ännu inte har utarbetats.

Att kasta ut de teorier som leder till Boltzmannhjärnor kan hjälpa oss att bestämma oss mellan konkurrerande idéer, säger Carroll. Med den utgångspunkten är det rimligt att universum till exempel kan vara på väg mot en big crunch.

Raphael Bousso vid Kaliforniens universitet i Berkeley har funderat på det här problemet och är kluven till Carrolls idéer.

”Om en teori förutspår att den överväldigande majoriteten av observatörer är Boltzmannhjärnor, då är den teorin utesluten”, säger han. Men han anser att Carrolls argument introducerar en onödig mystik. ”Det finns inget behov av fantasifulla begrepp som ’kognitiv instabilitet’.”

Denna artikel publicerades i tryck under rubriken ”Förkasta universum som leder till kosmiska hjärnor”

Mer om dessa ämnen:

• kosmologi