物理學家形式化H定理 凸顯波茲曼大腦假說與時間參考點的依賴性

美國與歐洲的物理學家近期對波茲曼大腦（Boltzmann Brain, BB）假說這一具挑戰性的思想實驗進行了深入分析，該假說質疑我們對宇宙過去的記憶與感知是否僅是隨機的熵量子漲落產物，而非真實歷史的反映。這項研究已於2025年12月3日發表在科學期刊《熵》（Entropy）上，旨在釐清此一悖論的結構，並將其與熱力學第二定律及時間的本質緊密連結。

參與這項前沿研究的關鍵人物包括來自聖塔菲研究所（Santa Fe Institute, SFI）的David Wolpert教授、理論物理學家Carlo Rovelli，以及學生Jordan Scharnhorst。 該研究的理論基礎緊扣著統計力學的基石——由路德維希·波茲曼（Ludwig Boltzmann）提出的H定理，此定理用以闡述時間之箭的物理方向。研究人員透過嚴謹的數學形式化，將H定理建構為一個時間對稱、時間平移不變的馬可夫過程，並指出所有標準方法在推論宇宙熵的隨機動力學時，都必須依賴一個獨立的假設：即對某個單一時間點進行條件化設定。

此項工作挑戰了傳統上在探討熵增長時定義宇宙初始狀態的方法論。作者們證明了關於「波茲曼大腦」、時間方向性，以及記憶可靠性的結論，不僅取決於物理定律本身，更高度依賴於研究者選擇作為分析起點的特定時間參照點。 無論是標準的波茲曼大腦假說、「公元1000年」變體、過去假說（Past Hypothesis）還是第二定律，它們都採納了H定理關於熵演化為馬可夫過程的規定，其區別僅在於選擇對哪個單一時間點進行條件設定，這使得波茲曼大腦假說與熱力學第二定律在形式上具有同等的合理性或非合理性。

此項研究的當前重要性在於，它觸及了關於現實本質與記憶的根本性科學辯論，並在2025年12月成為學術界關注的焦點。 該分析的獨特之處在於，它似乎將波茲曼大腦問題的焦點從純粹的宇宙學轉移到了物理模型建構方法論層面，透過強調結論對時間參考點的依賴性，對物理學家如何框架初始條件問題進行了元層次的批判。 此外，研究成果發表之際，Carlo Rovelli預計將於2026年3月推出他的新書《論萬物平等》（On the Equality of All Things）。

總體而言，這項分析並未對波茲曼大腦的悖論提供最終的定論，但成功地在物理定律與解釋之間劃清了界線，作者們認為這對於未來探討時間與熵的本質至關重要。 這種方法論上的轉向，突顯了將時間不對稱的概念（如記憶）應用於本質上時間對稱的物理框架時所固有的模糊性。