本文參加百家號 #科學了不起#系列徵文賽。

宇宙存在着一個基本的規律，熵增定律，熵增定律告訴我們，溫度只能由高溫物體向低溫物體傳遞，孤立系統內部的有序性只能自發降低，逐漸從有序走向無序，而這個過程是不可逆的。

無論是在宏觀尺度之下，還是在微觀尺度之下，熵增定律都是起作用的。在宏觀尺度上，宇宙就是一個從有序走向無序的典型例子，在宇宙誕生之前，物質全部集中於一個密度無限大體積無限小的奇點之中，此時是有序的終極形態，隨着大爆炸的發生，物質逐步擴散，熵值增加，有序度降低，宇宙走向冷卻。在我們的身邊，熵值的自然增加，每時每刻都在發生着。我們不小心打破的玻璃杯，就是一個從有序走向無序的好例子，而且即使我們不去打破它，就把它放在那裏，天長日久，總有一天，它也會自己碎成一堆渣滓。從有序走向無序是一種必然，而從無序走向有序卻沒有可能，一堆玻璃渣子，即使天長日久，也不可能重新組成玻璃杯，除非有外力的介入，比如我們動手去粘。

在微觀尺度上，熵增定律同樣不容置疑，一杯高於室溫的水，最終一定會放涼，因爲溫度只能從高溫物體向低溫物體傳遞，而從微觀視角來看，就是高速運動的熱水分子將動能傳遞給了與之發生碰撞的空氣分子，使得空氣分子運動速度增加，而這些空氣分子又會與其它空氣分子碰撞，進一步傳遞動能，最終室內所有空氣分子與水分子的運動速度趨於一致，溫度相等。

熵增定律真的不容置疑嗎？其實並不是，我們所看到的很多現象都在向熵增定律發起着挑戰，首先就是宇宙。按照熵增定律，大爆炸之前的奇點是熵最低的狀態，而138億年過去了，現在我們的宇宙應該是極度均衡的高熵狀態，但事實並非如此，我們的宇宙仍然極度有序，行星、恆星、星系，這一切都高度有序，宇宙也並不均衡，有些區域物質密集，而有些區域近乎於空曠。

既然孤立系統內部的熵值只能增加，那麼處於相對無序狀態的無機物怎麼能夠自發地形成有序度極高的有機物呢？而有機物又怎麼能夠逐步形成生命，並誕生高度秩序化的大腦呢？

我們人類的大腦無疑是一種高度有序的結構，它擁有自主意識，可以進行復雜的思考，而如此高度有序的物質竟然自發誕生於無序的物質之中，這又作何解釋呢？還是讓我們回到水分子與空氣分子進行動能傳遞的問題上來，起初，動能的傳遞的確是單向的，運動速度更快的水分子將動能傳遞給空氣分子，但當二者動能趨於一致之後，也就是水溫與空氣溫度趨於一致之後，二者接觸的部分依然會發生碰撞，而碰撞會產生運動速度的變化，從總體上來講，這種變化是均衡的。

同等溫度下，水分子與空氣分子的碰撞是隨機的，動能的傳遞也是隨機的，所以總體上是均衡不變的。

但有沒有可能在一段時間之內，這種隨機性會導致空氣分子的動能大量傳遞給水分子，使得水溫高於空氣溫度呢？理論上是存在這種可能性的。

這類似於投擲硬幣，雖然概率爲50%，但連續投擲1萬次正面可不可能發生？可能，但需要足夠的時間長度。以人類的尺度來看，這是一件不可能的事情，但如果以宇宙的時間尺度來看，再小概率的事件都會發生。換句話來說，就是熵值存在着隨機的漲落。

奧地利物理學家玻爾茲曼就提出過這樣一個思想實驗，既然熵存在着隨機的漲落，那麼在宇宙的時間和空間尺度之下，這種隨機的漲落就有可能在短時間內誕生高度有序的狀態，而高度有序就代表着意識。

也就是說宇宙會因熵的隨機漲落而誕生意識，而如果出現連續性的隨機漲落，那麼則可能誕生持續性的意識，而這種因隨機漲落而出現的連續性意識就被稱之爲玻爾茲曼大腦，簡單一點來講，玻爾茲曼大腦就代表了因熵值連續性隨機漲落而誕生的孤獨大腦。如果玻爾茲曼大腦這個思想實驗成立的話，那麼按照宇宙的時間和空間尺度來看，宇宙間存在的意識體何止萬千。當然，其中大部分的意識體可能轉瞬即逝，但也有很多會持續存在。不過玻爾茲曼大腦只是一個思想實驗，在目前以及可預見的未來，我們都沒有辦法去對它進行驗證。甚至於我們想用計算機來進行模擬也不可以，因爲如此低概率事件已經遠遠超過了最先進的計算機的運算能力。