Είναι αληθινές οι αναμνήσεις μας; Οι φυσικοί επανεξετάζουν το παράδοξο του «εγκεφάλου Μπόλτσμαν»

Στο επίκεντρο της μελέτης, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Entropy, βρίσκεται μια βαθιά αντίφαση στη στατιστική φυσική: πώς προκύπτει η αίσθηση ότι ο χρόνος έχει κατεύθυνση, όταν ορισμένες βασικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τη συμπεριφορά των φυσικών συστημάτων δεν προτιμούν εγγενώς ούτε το παρελθόν ούτε το μέλλον.

Το θεώρημα Η

Το θεώρημα H του Αυστριακού θεωρητικού φυσικού και φιλόσοφου Λούντβιχ Μπόλτζμαν (1844 – 1906) είναι ένας από τους θεμέλιους λίθους της στατιστικής μηχανικής, που συνδέεται με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Ο νόμος αυτός εξηγεί γιατί η εντροπία – το μέτρο της αταξίας ή του αριθμού των πιθανών μικροσκοπικών καταστάσεων ενός συστήματος – τείνει να αυξάνεται με τον χρόνο. Αυτή η αύξηση είναι που δίνει στον κόσμο μας τη γνώριμη διάκριση ανάμεσα σε παρελθόν και μέλλον.

Το πρόβλημα είναι ότι, σε αυστηρά μαθηματικό επίπεδο, το θεώρημα H είναι χρονικά συμμετρικό. Δεν επιβάλλει από μόνο του μία μοναδική φορά του χρόνου. Έτσι αναδύεται το παράδοξο: υπό ορισμένες τυπικές αναγνώσεις, μπορεί να θεωρηθεί πιθανότερο οι μνήμες και οι παρατηρήσεις μας να έχουν εμφανιστεί ως τυχαίες διακυμάνσεις, παρά να είναι προϊόν μιας πραγματικής αλληλουχίας γεγονότων. Αυτή ακριβώς είναι η δυσάρεστη ιδέα πίσω από τον «εγκέφαλο Μπόλτσμαν», αναφέρει το Science Daily.

Η «υπόθεση του παρελθόντος»

Για να κατανοήσουν καλύτερα αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα τυπικό πλαίσιο που δείχνει πώς διαφορετικές παραδοχές οδηγούν σε διαφορετικά συμπεράσματα για την εντροπία και τη μνήμη. Η ανάλυσή τους συνδέει την υπόθεση του «εγκεφάλου Μπόλτσμαν» με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής και με τη λεγόμενη «υπόθεση του παρελθόντος», σύμφωνα με την οποία το σύμπαν ξεκίνησε από μια κατάσταση χαμηλής εντροπίας.

Ένα κρίσιμο ζήτημα είναι ποια χρονικά σημεία αντιμετωπίζονται ως σταθερά κατά την ανάλυση της εξέλιξης της εντροπίας. Μια προσέγγιση μπορεί να ξεκινά από την παρούσα κατάσταση του σύμπαντος και να εξάγει συμπεράσματα προς τα πίσω και προς τα εμπρός. Μια άλλη μπορεί να θεωρεί ως αφετηρία τη χαμηλή εντροπία της Μεγάλης Έκρηξης. Οι φυσικοί νόμοι, όμως, δεν υπαγορεύουν από μόνοι τους ποια ερμηνευτική επιλογή είναι η σωστή.

Η κυκλική συλλογιστική

Η μελέτη εισάγει επίσης την «εικασία της εντροπίας», για να αναδείξει ένα κρυφό πρόβλημα σε πολλά σχετικά επιχειρήματα: την κυκλική συλλογιστική. Συχνά, παραδοχές για το παρελθόν χρησιμοποιούνται για να στηρίξουν συμπεράσματα σχετικά με την αξιοπιστία της μνήμης ή την κατεύθυνση αύξησης της εντροπίας, ενώ τα ίδια αυτά συμπεράσματα επιστρατεύονται στη συνέχεια για να δικαιολογήσουν τις αρχικές παραδοχές.

Οι ερευνητές δεν υποστηρίζουν ότι λύνουν οριστικά το παράδοξο. Αντίθετα, επιχειρούν να ξεχωρίσουν καθαρότερα τι προκύπτει από τους ίδιους τους φυσικούς νόμους και τι από τις υποθέσεις με τις οποίες τους ερμηνεύουμε.