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Le cerveau de Boltzmann est une prédiction théorique de l’explication de Boltzmann sur la flèche thermodynamique du temps. Bien que Ludwig Boltzmann lui-même n’ait jamais discuté de ce concept, il est apparu lorsque les cosmologistes ont appliqué ses idées sur les fluctuations aléatoires pour comprendre l’univers dans son ensemble.
Le cerveau de Boltzmann
Ludwig Boltzmann a été l’un des fondateurs du domaine de la thermodynamique au XIXe siècle. L’un des concepts clés était la deuxième loi de la thermodynamique, qui dit que l’entropie d’un système fermé augmente toujours. Comme l’univers est un système fermé, on s’attendrait à ce que l’entropie augmente avec le temps. Cela signifie qu’avec suffisamment de temps, l’état le plus probable de l’univers est celui où tout est en équilibre thermodynamique, mais il est clair que nous n’existons pas dans un univers de ce type puisque, après tout, il y a de l’ordre tout autour de nous sous diverses formes, dont la moindre n’est pas le fait que nous existons.
Dans cette optique, nous pouvons appliquer le principe anthropique pour éclairer notre raisonnement en tenant compte du fait que nous existons effectivement. Ici, la logique devient un peu confuse, c’est pourquoi nous allons emprunter les mots de quelques regards plus détaillés sur la situation. Comme le décrit le cosmologue Sean Carroll dans « From Eternity to Here : »
Boltzmann a invoqué le principe anthropique (bien qu’il ne l’ait pas appelé ainsi) pour expliquer pourquoi nous ne nous trouverions pas dans une des phases d’équilibre très communes : En équilibre, la vie ne peut pas exister. Il est clair que ce que nous voulons faire, c’est trouver les conditions les plus communes dans un tel univers qui soient accueillantes à la vie. Ou, si nous voulons être plus prudents, peut-être devrions-nous chercher des conditions qui ne sont pas seulement favorables à la vie, mais qui sont favorables au type particulier de vie intelligente et consciente de soi que nous aimons à penser que nous sommes… Nous pouvons mener cette logique jusqu’à sa conclusion ultime. Si ce que nous voulons, c’est une seule planète, nous n’avons certainement pas besoin de cent milliards de galaxies avec cent milliards d’étoiles chacune. Et si ce que nous voulons, c’est une seule personne, nous n’avons certainement pas besoin d’une planète entière. Mais si ce que nous voulons en fait, c’est une seule intelligence, capable de penser au monde, nous n’avons même pas besoin d’une personne entière – nous avons juste besoin de son cerveau. La réduction ad absurdum de ce scénario est donc que l’écrasante majorité des intelligences de ce multivers seront des cerveaux solitaires et désincarnés, qui fluctueront progressivement hors du chaos environnant pour ensuite s’y dissoudre à nouveau. Ces tristes créatures ont été surnommées « cerveaux de Boltzmann » par Andreas Albrecht et Lorenzo Sorbo….
Dans un article publié en 2004, Albrecht et Sorbo discutent du « cerveau de Boltzmann » dans leur essai :
Il y a un siècle, Boltzmann considérait une « cosmologie » où l’univers observé devait être considéré comme un rare fluctuation hors d’un certain état d’équilibre. La prédiction de ce point de vue, assez générique, est que nous vivons dans un univers qui maximise l’entropie totale du système en accord avec les observations existantes. D’autres univers se produisent tout simplement aussi bien plus rares fluctuations. Cela signifie qu’une grande partie du système doit être trouvée en équilibre aussi souvent que possible. De ce point de vue, il est très surprenant que nous find l’univers qui nous entoure dans un état d’entropie aussi bas. En fait, la conclusion logique de ce raisonnement est tout à fait solipsiste. Le plus probable fluctuation cohérent avec tout ce que vous savez est simplement votre cerveau (avec les « souvenirs » du Hubble Deep fields, les données WMAP, etc) fluctuating briefly qui sort du chaos puis se rééquilibre immédiatement dans le chaos à nouveau. C’est ce que l’on appelle parfois le paradoxe du « cerveau de Boltzmann ».
Le but de ces descriptions n’est pas de suggérer que les cerveaux de Boltzmann existent réellement. Un peu comme l’expérience de pensée du chat de Schroedinger, le but de ce genre d’expérience de pensée est d’aller jusqu’au bout des choses, afin de montrer les limites et les défauts potentiels de cette façon de penser. L’existence théorique des cerveaux de Boltzmann vous permet de les utiliser rhétoriquement comme un exemple de quelque chose d’absurde qui se manifeste à partir de fluctuations thermodynamiques, comme lorsque Carroll dit : « Il y aura des fluctuations aléatoires dans le rayonnement thermique qui conduiront à toutes sortes d’événements improbables – y compris la génération spontanée de galaxies, de planètes et de cerveaux de Boltzmann ».
Maintenant que vous comprenez le cerveau de Boltzmann en tant que concept, vous devez cependant procéder un peu à la compréhension du « paradoxe du cerveau de Boltzmann » qui est causé par l’application de cette pensée à ce degré absurde. Encore une fois, tel que formulé par Carroll :
Pourquoi nous trouvons-nous dans un univers évoluant progressivement à partir d’un état d’entropie incroyablement faible, plutôt que d’être des créatures isolées qui ont récemment fluctué à partir du chaos environnant ?
Malheureusement, il n’y a pas d’explication claire pour résoudre ce problème… d’où son caractère paradoxal. Le livre de Carroll s’attache à tenter de résoudre les questions qu’il soulève sur l’entropie dans l’univers et la flèche cosmologique du temps.
La culture populaire et les cerveaux de Boltzmann
Il est amusant de constater que Boltzmann Brains s’est introduit dans la culture populaire de plusieurs manières différentes. Ils sont apparus comme une blague dans une bande dessinée de Dilbert et comme l’envahisseur extraterrestre dans une copie de « L’incroyable Hercule ».
