أدمغة بولتزمان

د. جواد بشارة
طوال رحلتنا عبر الزمن، لاحظنا القانون الثاني للديناميكا الحرارية أثناء عمله. منذ الانفجار الكبير، أثناء تشكل النجوم، وظهور الحياة، وتشتت المجرات ثم تبخر الثقوب السوداء، زادت الإنتروبيا بشكل لا يمكن علاجه. وهذا النمو المستمر يمكن أن يجعلنا ننسى أنه في الواقع إن حكم المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية هو أمر احتمالي فقط. وكما أشرنا من قبل، يمكن للإنتروبيا أن تنخفض محليًا. يمكن لجزيئات الهواء المنتشرة حاليًا في جميع أنحاء غرفة المعيشة الخاصة بك أن تتجمع في كرة معلقة بالقرب من السقف، مما يجعلك تشعر بالاختناق في كرسيك. هذا الحدث ببساطة غير محتمل. إن النطاق الزمني المطلوب للحصول على فرصة لمراقبته ضخم جدًا لدرجة أننا، مع إدراكنا أنه ممكن من الناحية النظرية، فإننا نستمر في عيش حياتنا دون أخذ ذلك في الاعتبار. ومع ذلك، بما أننا الآن نتبنى وجهة نظر طويلة المدى، فنحن بحاجة إلى تجاوز شوفينيتنا الزمنية والنظر في بعض الحالات المذهلة للغاية لاضمحلال الإنتروبيا.
لنتخيل أنك تقرأ هذا النص، وتجلس على أفضل كرسي لديك، بينما تحتسي أحيانًا القليل من الشاي من كوبك المفضل. إذا سألتك كيف وجدت نفسك في هذا الوضع المريح، ستخبرني أنك اشتريت هذا الكوب من أحد الحرفيين المحليين، وأنك ورثت هذا الكرسي من عمتك، وأنك كنت دائمًا مهتمًا بكيفية عمل الآلة. ومن هنا جاء الكتاب الذي كنت تحمله بين يديك لعدة دقائق. إذا ضغطت عليك لتقديم المزيد من التفاصيل، كنت ستخبرني عن طفولتك، وإخوتك، والديك، وما إلى ذلك. إذا أصررت مرارًا وتكرارًا على العودة بالزمن، فربما تعطيني كل ما تحدثنا عنه في الفصول الأولى.
المعرفة هي انعكاس للأفكار والذكريات والأحاسيس الموجودة حاليًا في دماغك. لقد كان شراء الكوب شيئًا من الماضي منذ فترة طويلة؛ ما تبقى هو تكوين معين من الجزيئات التي تتتبعها في دماغك. الأمر نفسه ينطبق على ذكرى تراث عمتك، أو فضولك حول الكون، أو حتى ما تقرأه في هذا الكتاب. من وجهة نظر فيزيائية، كل هذا موجود في رأسك الآن، مدمجًا في الترتيب المحدد للجسيمات. مما يعني - تمسك جيدًا - أنه إذا كان في كون لا يحتوي على بنية إنتروبيا قريبة من الحد الأقصى، فإن سربًا عشوائيًا من الجسيمات تطفو عبر الفراغ سينتهي تلقائيًا في تكوين إنتروبيا منخفضة جدًا والذي، بالصدفة، يتوافق تمامًا مع ذلك مع الجزيئات التي تشكل دماغك حاليًا، فإن هذه المجموعة من الجزيئات سيكون لها نفس الذكريات ونفس الأفكار ونفس الأحاسيس التي لديك في هذه اللحظة. لا أعرف إذا كان ذلك تكريمًا لبولتزمان أم توبيخًا له، لكن هذه العقول الافتراضية الحرة التي تشكلت من الالتحام العشوائي النادر ولكن المحتمل للجسيمات تحمل الآن اسمه: إنها أدمغة بولتزمان.
وحيدًا في ظلام الفضاء الجليدي، هناك عقل بلا جسد إنه عقل بولتزمان. لن تتاح لبولتزمان فرصة تكوين العديد من الأفكار قبل وفاته. ومع ذلك، إذا كنا نأمل في مثل هذا الالتقاء التلقائي بين الجسيمات، فلا شيء يمنعنا من إضافة بعض الملحقات: مأوى الرأس والجسد، واحتياطي الطعام والماء، ونجم وكوكب مناسب، على سبيل المثال. في الواقع، يمكن أن يؤدي الالتحام التلقائي للجسيمات (والمجالات) إلى ظهور كوننا الحالي بأكمله، أو على الأقل إعادة خلق الظروف اللازمة لإحداث انفجار كبير، والذي سينشأ منه كون مشابه لكوننا مرة أخرى. ومع ذلك، يجب الاعتراف بأنه فيما يتعلق بالهبوط التلقائي في الإنتروبيا، فإن الاحتمالات تفضل إلى حد كبير التخفيضات الأكثر تواضعًا: تلك التي تجمع عددًا قليلاً من الجسيمات، في تكوينات ليست حساسة للغاية لعدم دقة الترتيب. وعندما أقول إنهم يفضلونهم إلى حد كبير، فإنني أعني ذلك إلى حد كبير. من مكان بعيد جداً. وبما أننا نفكر هنا في مستقبل الفكر، فإن دماغ بولتزمان المنعزل هو الحد الأدنى، وبالتالي الأكثر احتمالا، على الأرجح ، للتكوين العشوائي القادر على التفكير لفترة وجيزة في الجمال في وسط الكون والتساؤل عن كيفية وصوله إلى هناك.
ما يجعل هذا السيناريو أكثر بقليل من مجرد مقدمة لفيلم خيال علمي من السلسلة B هو أنه بالنظر إلى المستقبل البعيد جدًا، يبدو أن الظروف ستكون مثالية لمثل هذه الأحداث لتظهر حدوث أشياء غريبة. تسريع توسيع الفضاء هو العنصر الرئيسي. أعلاه بقليل، لاحظنا أن هذا التوسع ينتج أفقًا كونيًا - وهو مجال بعيد يحيط بنا، وبعده يهرب أي جسم منا بسرعة أكبر من سرعة الضوء، مما يقطعنا عن كل إمكانية للاتصال به. ومع ذلك، فكما أثبت ستيفن هوكينغ أن الثقوب السوداء لها درجة حرارة وتشع من خلال تطبيق قوانين ميكانيكا الكم في محيط آفاقها، أظهر هوكينغ وزميله غاري جيبونز، من خلال نهج مماثل، أن الأفق الكوني أو أفق الحدث حول مدخل الثقب الأسود له أيضًا درجة حرارة، ويشع أيضًا. كان تفكيرنا بشأن مستقبل الفكر يعتمد تحديدًا على هذه النتيجة: لقد توصلنا إلى استنتاج مفاده أن درجة الحرارة المنخفضة جدًا لأفقنا الكوني، تقريبًا 1o-30 كلفن، سيكون كافيًا لاستهلاك مفكرو المستقبل الذين سيحاولون التفكير إلى أجل غير مسمى. وسنرى الآن أنه على نطاقات زمنية أطول بكثير، فإن اعتبارات مماثلة تقدم للفكر إمكانية غريبة للانبعاث. في المستقبل البعيد، سيشكل الإشعاع المنبعث من الأفق الكوني مصدرًا هشًا ولكنه دائمًا للجسيمات (جسيمات عديمة الكتلة بشكل أساسي، مثل الفوتونات والغرافيتونات) والتي ستتقاطع مع منطقة الفضاء المحاطة بالأفق. ومن وقت لآخر، تصطدم بعض هذه الجسيمات لتنتج عددًا أقل من الجسيمات الضخمة مثل الإلكترونات والكواركات والبروتونات والنيوترونات وجسيماتها المضادة. تقلل هذه العمليات من عدد الجسيمات، علاوة على ذلك تكون سرعات هذه الجسيمات المولودة أقل عدداً؛ وبالتالي فإنها تقلل الإنتروبيا. ولكن، إذا انتظرت لفترة كافية، مثل هذه الأحداث فإن أشياء غير محتملة ستحدث في نهاية المطاف. على نحو نادر، ولكن بانتظام. وفي حالات نادرة، تتحرك بعض البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة حسب الحاجة لتكوين الذرة. :إن المدة الهائلة المطلوبة لحدوث ذلك تفسر لماذا لا تحدث مثل هذه الأحداث أثناء تركيب النوى الذرية بعد الانفجار الكبير، ولا في أعماق النجوم. ولكن بما أن أمامنا الآن وقت غير محدود، فإن هذه الآليات مهمة. وعلى مدى فترات زمنية أكثر ضخامة، ستتجمع الذرات بشكل عشوائي في مجموعة كاملة من التكوينات المتزايدة التعقيد، ويمكننا أن نكون متأكدين من أنه على الطريق إلى الأبدية، من وقت لآخر، ستظهر جميع أنواع الهياكل المجهرية - الرؤوس المزركشة وسيارات البنتلي. - عن طريق الاندماج التلقائي للجزيئات. وفي غياب الكائنات المفكرة، سيظهر الجميع ويختفون دون شاهد. وفي حالات نادرة، سيكون أحد هذه الهياكل العيانية المتكونة عشوائيًا هو الدماغ. الفكر، الذي انقرض منذ زمن طويل، سوف يعود سريعًا.
ما هو المقياس الزمني اللازم؟ إن الحساب التقريبي (الذي سيجده هواة الرياضيات يسمح لنا بتقدير أن دماغ بولتزمان لديه فرصة معقولة للتشكل على مدى فترة عشرة أسا عشرة أس ثمانية وستين 101068 سنة. وهذا وقت طويل. يمكننا أن نكتب المدة التي يمثلها الجزء العلوي من مبنى إمباير ستيت، 10102 سنة، "1" متبوعًا بـ 102 صفر، أي حوالي سطر ونصف؛ ولكن لكتابة 101068 - أي "1" متبوعًا بـ 1068 صفرًا -، يجب علينا استبدال كل "شخصية في كل كتاب يُطبع على الإطلاق. وحتى ذلك الحين، سنكون بعيدين جدًا. لحسن الحظ، ليس الأمر وكأن أي شخص ينتظر حدوث ذلك. انهيار الإنتروبيا اللازمة لإنتاج " الدماغ الكون" يمكن أن يستمر لمدة نصف الأبد في حالة اضطراب عادية ذات أقصى قدر من الإنتروبيا ولن يشتكي أحد!
الأمر الذي يثير سؤالاً مثيراً للاهتمام، ومؤكداً هو سؤال شخصي من أين يأتي دماغك؟ يبدو هذا السؤال سخيفا، ولكن من فضلك اتبعني. للإجابة، سوف تشير بطبيعة الحال إلى ذكرياتك وذاكرتك ومعارفك ومعلوماتك للإجابة ، وتشرح لي أنك ولدت بدماغك وأن تصورك هو ثمرة تاريخ طويل يمكن إرجاعه إلى الانفجار الكبير من خلال نسبك. والأسلاف التي تنتمي إليها، وتاريخ تطور الحياة، وتكوين الأرض والشمس، وما إلى ذلك. للوهلة الأولى، هذا معقول. ولكن، كما رأينا في مقاربات سابقة، فإن النافذة الزمنية التي تتشكل خلالها العقول بهذه الطريقة محدودة - ولنفترض أنها تقع بين الطابق العاشر والرابع عشر من مبنى إمباير ستيت. إن النافذة الزمنية التي يمكن للأدمغة أن تتدرب خلالها بطريقة بولتزمان هي أكبر بما لا يقاس - إن لم تكن غير محدودة تمامًا . مع مرور الزمن، سوف تستمر أدمغة بولتزمان في الظهور، ولو نادرًا ولكن على نحو مؤكد، وبالتالي فإن عدد هذه الأدمغة سوف ينمو بشكل لا يمكن علاجه. إذا نظرنا إلى فترة زمنية طويلة إلى حد ما، فسنرى أن إجمالي عدد أدمغة بولتزمان يتجاوز بكثير عدد الأدمغة التقليدية. ويظل هذا صحيحًا إذا أحصينا ببساطة أدمغة بولتزمان الأكثر ندرة، والتي يقنعها ترتيب جسيماتها بشكل خاطئ بأنها ظهرت بالطريقة البيولوجية التقليدية. مرة أخرى، على الرغم من أن العملية قد تكون نادرة جدًا، إلا أنها ستحدث عددًا كبيرًا من المرات على مدى فترات زمنية طويلة بشكل تعسفي.
لذلك، من وجهة نظر احتمالية بحتة، كيف اكتسبت معتقداتك وذكرياتك ومعارفك الحالية؟ إن الإجابة الباردة والهادئة، المستندة إلى حجم السكان البسيط، واضحة: لقد تشكل دماغك للتو تلقائيًا من جزيئات تنجرف في الفراغ، مع كل ذكرياته وخصوصياته العصبية والنفسية المطبوعة على رأسك من خلال التكوين المحدد للجسيمات المذكورة. قصة ظهورك كما أخبرتني بها للتو كانت مؤثرة، لكنها كاذبة. إن ذكرياتك وسلاسل التفكير المختلفة التي أنتجت معرفتك ومعتقداتك كلها وهمية. ليس لديك ماضي. لقد وصلت للتو لقد وصلت للتو إلى العالم كعقل بلا جسد، ولكن مع ذكرى أشياء لم تحدث أبدًا.
إلى جانب كونه غريبًا تمامًا، فإن هذا السيناريو يتضمن استنتاجًا مدمرًا آخر، وهو بالتحديد سبب تركيزي على الظهور التلقائي للأدمغة بدلاً من عدد لا يحصى من الأشياء غير الحية الأخرى غير التجمعات العشوائية من الجسيمات التي يمكن أن تنتج أيضًا. إذا كان الدماغ، سواء كان دماغك أو دماغي أو أي شخص آخر، لا يستطيع أن يثق في أن ذكرياته ومعتقداته تعكس أحداث الماضي بشكل صحيح، فلن يستطيع أي عقل أن يثق في نفسه. ويكون فخور بالقياسات والملاحظات والحسابات التي يعتقد أنها تشكل أساس حياتنا وفق الفهم العلمي. أتذكر دراسة النسبية العامة وميكانيكا الكم. يمكنني تلخيص سلسلة التفكير التي تبرر هذه النظريات. أتذكر أنني نظرت إلى البيانات التي تشرحها هذه النظريات بشكل مثير للإعجاب، وما إلى ذلك. ولكن إذا كنت لا أستطيع الاعتماد على فكرة أن هذه الأفكار قد طبعت في ذهني من خلال الأحداث الفعلية التي أنسبها إليها، فلا أستطيع أن أكون على يقين من أن هذه النظريات ليست سوى خيالات عقلية، ولا أستطيع أن أثق في أي من هذه النظريات. الاستنتاجات التي توصلوا إليها. ومما يزيد من روعة هذا التصور، أن من بين هذه الاستنتاجات المشكوك فيها الآن هو احتمال أن أكون دماغًا يطفو في الفراغ. لذا فإن احتمالية تشكل الأدمغة بشكل عفوي تدمر المنطق الذي دفعنا إلى النظر في هذا الاحتمال. كل التفكير غارق في الشكوك العميقة.
باختصار، من المحتمل أن تؤدي الانهيارات النادرة والعفوية للإنتروبيا، والتي هي نتيجة لقوانين الفيزياء، إلى تقويض ثقتنا في قوانين الفيزياء نفسها وفي جميع عواقبها المفترضة. ومن خلال النظر في عمل هذه القوانين على مدى فترات زمنية طويلة بشكل تعسفي، نجد أنفسنا منغمسين في كابوس حيث تصبح الثقة في أي شيء ملموس مستحيلة. نحن هنا في ورطة كبيرة. كيف يمكننا أن نستعيد ثقتنا في التفكير العقلاني، ذلك النوع من التفكير الذي جعل من الممكن تسلقنا المذهل إلى مبنى إمباير ستيت وما بعده؟ لقد توصل الفيزيائيون إلى استراتيجيات مختلفة.
ويخلص البعض إلى أن هناك الكثير من اللغط حول أدمغة بولتزمان. ومن المؤكد أنهم يدركون أنه من الممكن أن تتشكل أدمغة بولتزمان. لكن كن مطمئنًا، فمن الواضح أنك لست واحدًا منهم. وإليك كيفية إثبات ذلك. انظر إلى العالم من حولك، ولاحظ كل ما تراه. إذا كنت مثل عقل بولتزمان، فمن المحتمل جدًا أنك لن تكون موجودًا في اللحظة التالية. إن دماغ بولتزمان طويل الأمد هو جزء من نظام أكبر وأكثر تنظيمًا وقادر على الحفاظ عليه، وبالتالي يتطلب انخفاضًا عشوائيًا أكبر وأكثر ندرة في الإنتروبيا، مما يجعل تكوينه غير محتمل. وبالتالي، إذا وجدت، عند إعادة فتح عينيك على العالم، أنه يشبه إلى حد كبير ما رأيته قبل لحظة، فسوف تطمئن نفسك أنك ربما لست عقل بولتزمان. وفي الواقع، وبحسب هذا الرأي، فإن كل لحظة تمر تقوي التظاهر وتزيد من ثقتك بنفسك.
ومع ذلك، لاحظ أن الإثبات المعني يفترض أن كل لحظة من هذه اللحظات المتعاقبة حقيقية بالمعنى التقليدي. إذا كنت تتذكر الآن مراقبة العالم خلال الاثنتي عشرة دقيقة الأخيرة وإخبار نفسك مرارًا وتكرارًا أنك لست دماغ بولتزمان، فإن تلك الذكريات تعكس فقط الحالة الفيزيائية لدماغك في هذه اللحظة، وبالتالي فهي متوافقة مع فكرة أنه ظهر للتو، مزودًا بهذه الذكريات على وجه التحديد. إذا أخذنا هذا السيناريو حرفيًا، فإنك تدرك أن الملاحظات التجريبية التي استخدمتها للقول بأنك لست عقلًا مدبرًا لبولتزمان قد تكون في حد ذاتها جزءًا من الخيال. ربما أتذكر أنني قلت لنفسي كما قال ديكارت يوماً "أنا أفكر، إذن أنا موجود")، ولكن في أي لحظة ما يجب أن أقوله بدلاً من ذلك هو: "أعتقد أنني فكرت، لذلك أعتقد أنني كنت كذلك. )) في الواقع، تذكر هذه الأفكار لا يضمن أن هذه الأفكار قد تمت صياغتها بالفعل.
النهج الأكثر إقناعا هو التشكيك في السيناريو نفسه ، بما في ذلك إن وجود أفق كوني بعيد يشع باستمرار الجسيمات - المادة الخام التي تتشكل منها الهياكل المعقدة، بما في ذلك العقول - هو الحجة الرئيسية لصالح أدمغة بولتزمان. وعلى المدى الطويل جدًا، إذا تبددت الطاقة المظلمة التي تملأ الفضاء، فإن تسارع التوسع سيتوقف، وسيختفي الأفق. وبمجرد أن لا يصبح محاطًا بسطح يشع الجسيمات، يبرد الفضاء تدريجيًا إلى الصفر المطلق؛ وفي ظل هذه الظروف، فإن احتمالية تشكل الهياكل العيانية المعقدة تلقائيًا تميل أيضًا إلى الصفر. لا يوجد حاليًا أي دليل على إضعاف (أو تقوية) الطاقة المظلمة، لكن بعثات المراقبة المستقبلية ستحقق في هذا الاحتمال بمزيد من التفصيل. ولذلك فمن الآمن أن نقول أنه في الوقت الحالي، لم يتم تحديد أي شيء.
تقترح المقاربات الأكثر تطرفًا أن الكون المرئي، أو على الأقل الكون كما نعرفه، لن يكون موجودًا بشكل اعتباطي في المستقبل البعيد. وبدون القدرة على النظر في فترات طويلة اعتباطية، فإن احتمال تكوين أدمغة بولتزمان يصبح ضئيلًا للغاية لدرجة أنه يمكننا تجاهلها بأمان. إذا كان للكون أن ينتهي قبل وقت طويل من الجداول الزمنية التي تجعل تكوين أدمغة بولتزمان محتملا، فيمكننا أن نتخلى عن شكوكنا ونتبنى موقفا أكثر راحة: القصة القديمة عن أصل دماغنا تصبح صالحة مرة أخرى، وتصبح ذكرياته ومعرفته ومعلوماته صحيحة. المعتقدات تعكس الأحداث الماضية . والسؤال هو: ما الذي يمكن أن يجعل الكون ينتهي بهذه السرعة؟
هل النهاية قريبة؟
أعلاه بقليل، اعتبرنا أن مجال هيغز يمكن أن يحدث قفزة كمية إلى قيمة جديدة، وبالتالي يغير خصائص الجسيمات الأساسية بشكل مفاجئ من خلال إعادة كتابة معظم عمليات الفيزياء والكيمياء والأحياء بشكل كامل. ومن المؤكد أن الكون سيستمر في الوجود بعد ذلك، ولكن بدوننا. إذا حدث هذا الكسر قبل وقت طويل من المقاييس الزمنية اللازمة فلن نكون موجودين لندرسه .