为什么你的意识依赖于早期宇宙的低熵状态?
为什么你的意识依赖于早期宇宙的低熵状态?
意识与早期宇宙的低熵状态密切相关,时间倒流的双胞胎可能没有真实体验,因为意识依赖于稳定的计算结构,而这种结构在熵降低的条件下才能存在。熵的不对称性和统计学原理表明,宇宙的演化是从低熵状态自发“下降”而来的,这影响了我们对自我意识的理解。
作者
Jonathan Simon
Jonathan Simon
出版时间
2025年7月10日
2025年7月10日
想象一下,如果你有一个时间倒流的双胞胎,他们会怎么想、怎么感受?这不仅仅是个烧脑的问题,它触及了我们对自我意识和宇宙本质的深层理解。
想想梅林,他能预知未来;再想想本杰明·巴顿,他的生命逆流而上。这些已经够难以捉摸了,但如果有人的生活轨迹和你一模一样,却完全是倒着播放的,那会是怎样的体验?梅林和巴顿都能正常行走和交谈,但如果你录下自己,然后倒放,你会看到一个倒着走路、倒着说话的人。那么,成为一个真正的“时间倒流双胞胎”,会是什么感觉?他们的感受会不会和你在一个倒放的世界里的感受一样?他们会有真实的体验吗?这又为什么重要?
我的看法是,你的时间倒流双胞胎可能根本不会有任何体验:她不会有任何感受(这并非我首创的观点,可以参考蒂姆·莫德林的文章《论时间的流逝》2006)。这个推理揭示了一些关于你的深刻事实。要么我们对自然法则的理解完全错误,要么你自己的意识并不是你大脑内部活动的固有属性。实际上,你的意识是最外在的存在:它本质上涉及整个宇宙。特别是,早期宇宙不仅仅是你如何来到这里的故事的一部分;它是你身份的一部分。
听起来可能有点玄乎,但你的时间倒流双胞胎在物理上是有可能存在的。换句话说,物理定律并没有排除这种可能性。按照我们通常的理解,相关的物理定律是时间反演对称(time-reversal symmetric)的,这意味着如果你有一段记录系统随时间演变的视频,无论你把哪一端标为“开始”,哪一端标为“结束”,都没关系。如果视频正向播放时符合物理定律,那么反向播放时也同样符合。所以,我们自然会问:为什么在现实生活中我们碰不到时间倒流双胞胎呢?
答案就在——热力学第二定律,也就是熵增定律。熵是衡量系统混乱程度的一个指标,就像你的房间有多乱。房间越乱,熵就越大。这个定律基本上告诉我们,随着时间的推移,你的房间会越来越乱,而不是越来越整洁。
熵在解释时间两个方向(从过去到未来,以及从未来到过去)的差异上扮演着关键角色。纸牌屋往往会自发坍塌;而纸牌堆不会自发地搭建成纸牌屋。夏天,冰块倾向于融化,但温水不会自发地变成冰块。这些都是同一个事实的不同表现:当你沿着从过去到未来的方向前进时,熵会增加(相应地,如果你沿着从未来到过去的方向前进,熵就会减少)。
有趣的现象是,熵的这种不对称性并不是我们通常理解的物理定律所能推导出来的(除了一些粒子衰变的特殊情况,这些在视频倒放时可以忽略不计)。如果一个纸牌屋倒塌的视频符合物理定律,那么这个视频倒放,一堆纸牌自动跳起来组成一座平衡的塔,也同样符合物理定律(只要量子细节适当编辑)。那么,熵的不对称性究竟从何而来呢?
像我们这样的世界,很可能是自发地从平衡状态“下降”而来,而不是从更低熵状态“上升”而来。
答案要从统计学说起。一个房间乱七八糟的方式远比整洁有序的方式要多得多。这就像是安娜·卡列尼娜原则:对于每一种井然有序的状态,都有无数种乱七八糟的状态。
正如路德维希·玻尔兹曼和其他人在 19 世纪末首次注意到的,我们可以利用秩序与混乱之间的这种不对称性来证明:几乎所有非平衡系统(也就是尚未达到最大混乱度的系统)的轨迹都会随着时间的推移而直接趋向平衡(也就是最大混乱度)。
但这里有个问题。正如玻尔兹曼的同时代人约翰·约瑟夫·洛施密特所指出的,统计推导对于时间是向前还是向后演化是中立的。我们可以推导出,几乎所有像我们这样的世界的轨迹都会在过去到未来的方向上趋向平衡(这是好事),但同样也会在未来到过去的方向上趋向平衡(这是个问题)。换句话说,如果我们的统计推理是正确的,像我们这样的世界更有可能是通过从平衡状态自发“下降”(比如,从尘埃中随机形成)而达到当前状态,而不是从一个熵更低的状态“上升”而来(正如我们的化石、记忆和主流天体物理学理论所表明的那样)。
关于接下来该如何发展,存在很多争议。但有一个令人信服的观点认为,我们必须将其视为一个定律,或某种必然性,而不是仅仅是一个巧合,即很久以前宇宙的熵非常低。(大卫·阿尔伯特在他的著作《时间与机会》中提出这一观点——他称之为“过去假设”)。当然,统计论证并不意味着像我们这样的世界不可能从很低的熵开始——只是这将是一个巨大的偶然。我们需要过去假设(或其他解释)不仅是为了证实熵一直在上升(因此开始时很低),更是为了能够解释为什么这不是一系列极其令人惊讶的巨大巧合。
为了理解过去假设(past-hypothesis)如何解决这个问题,让我们考虑一个简化版的问题。假设我们看到一堆纸牌在某个时刻自发地组装成纸牌屋的下半部分。这将是一个巨大的偶然。什么可以解释这一点?现在假设我们恰好知道事情会变得更奇怪:这堆纸牌将继续组装,以至于在几分钟后会变成一个完整的纸牌屋。这能解释我们目前所见到的吗?不能。这就像说“闪电刚刚击中你两次的原因是因为几分钟后它将击中你五次。”你不能通过指出一个偶然是更大偶然的一部分来解释这个偶然。
但如果这在某种程度上是不可避免的——也就是说,由定律决定:对可能解决方案的约束——这堆纸牌在某个时刻将成为一个完整的纸牌屋呢?那么我们就有了解释纸牌在某个时刻自发活动的开端(尽管这是一个特殊的解释):纸牌在那个时刻所做的是它们必须做的,以满足那个时刻的约束。过去假设就是这种形式的解释。我们的宇宙被约束在遥远的过去具有低熵,我们可以理解,当我们从未来到过去的方向看轨迹时,熵的可靠下降是宇宙为满足这一约束而必须做的事情。但这只有在低熵状态确实是宇宙必须满足的约束,而不仅仅是一个本身就需要解释的偶然时,才能作为一个解释。
总之,统计学表明,在任何时间方向上,远离平衡态的演化都不会是稳定的、正常的或可预期的。但这留下了一种可能性,即我们可以添加进一步的定律或约束,规定熵必须在某些特殊的时间和地点(例如,在大爆炸附近)非常低。那么,某些涉及持续熵降低的系统的行为可能是稳定的、正常的或可预期的,但前提是这种熵的降低相当于系统为遵守相关特殊定律或约束而必须做的事情。
如果唯物主义是正确的,早期宇宙的某些特征在本质上是你意识的一部分。
这与我们有什么关系呢?我们的身体和大脑充满了向过去远离平衡态演化的过程。这些过程是稳定的,但这只是因为在未来到过去的方向上向低熵演化是系统为满足早期宇宙低熵约束而必须做的事情。相比之下,我们的时间倒流双胞胎将充满向未来远离平衡态演化的过程,而没有特殊的约束要求这样做,所以他们的存在将是一个不稳定的反常现象,正如我们的统计原理所表明的那样。
很好,你可能会说,但这如何教会我们关于经验的知识呢?答案是这样的。即使意识不仅仅是计算的一种形式,几乎每种分析——物理主义者、功能主义者、二元论者——都会说意识依赖于计算:它只在系统实现具有计算结构的过程时才会出现。那些认为意识可以还原为其物质构成的人会补充说,这种计算结构是这些状态成为意识状态的组成部分,而二元论者可能会说,这种关系是相关性或因果关系,而不是构成关系。
什么是具有计算结构的过程?它是在我们可以视为输入、内部系统状态和输出的事物之间具有可靠或稳定关系的过程。它必须至少相当可能,如果你重复设置——相同的内部状态,相同的输入——你会得到相同的输出。否则,这个过程就是随机波动而不是计算。
我们刚刚探讨了为什么那些逆熵而行的过程——比如扑克牌自己堆成房子——根本不靠谱:它们发生的可能性微乎其微。这也解释了为什么我们不会遇到时间倒流的人:要让你的“时间倒流双胞胎”的生活完全复制你倒放的人生,那得是一连串几乎不可能发生的大巧合,从这一刻到下一刻都是如此。
因此,你的时间倒流双胞胎的心理活动不可能稳定到可以称为计算的程度,这也就意味着他们没有意识。我们很容易误以为,我们可以在不考虑过程的起点和终点的情况下,局部地评估计算结构。但这就像是说,我们可以在不知道哪一堆是起点,哪座房子是终点的情况下,判断一个过程是可预测的还是极其不可能的。这显然是不可能的。一个系统在某个时间方向上熵大幅下降的过程,可能是完全正常的,也可能是极其不可能的,这取决于是否存在某种特殊约束,使得熵在某个时刻必须很低。但是,这样的约束是否存在,以及它在过程中的位置,显然不是一个局部问题,尤其是当这个约束涉及到宇宙大爆炸附近的早期宇宙的熵状态时。
我想说的是,你大脑中粒子从一刻到下一刻的转换之所以能够执行计算,只是因为它们与早期宇宙熵状态的一个特殊条件有关。如果保持局部状况不变,但改变与早期宇宙的关系(比如倒放这个过程),你就会得到一个根本无法在宏观层面上执行任何计算的东西。但如果唯物主义是正确的,执行计算就是构成意识的一部分。所以,如果唯物主义是正确的,早期宇宙的某些特征本质上就是你意识的一部分。即使唯物主义是错误的,这些特征仍然是你意识的物质关联的一部分。有些人认为,你的心智可能延伸到局部环境是有争议的。但如果我说的对,你的心智延伸得远不止如此。
想象一下,如果你有一个时间倒流的双胞胎,他们会怎么想、怎么感受?这不仅仅是个烧脑的问题,它触及了我们对自我意识和宇宙本质的深层理解。
想想梅林,他能预知未来;再想想本杰明·巴顿,他的生命逆流而上。这些已经够难以捉摸了,但如果有人的生活轨迹和你一模一样,却完全是倒着播放的,那会是怎样的体验?梅林和巴顿都能正常行走和交谈,但如果你录下自己,然后倒放,你会看到一个倒着走路、倒着说话的人。那么,成为一个真正的“时间倒流双胞胎”,会是什么感觉?他们的感受会不会和你在一个倒放的世界里的感受一样?他们会有真实的体验吗?这又为什么重要?
我的看法是,你的时间倒流双胞胎可能根本不会有任何体验:她不会有任何感受(这并非我首创的观点,可以参考蒂姆·莫德林的文章《论时间的流逝》2006)。这个推理揭示了一些关于你的深刻事实。要么我们对自然法则的理解完全错误,要么你自己的意识并不是你大脑内部活动的固有属性。实际上,你的意识是最外在的存在:它本质上涉及整个宇宙。特别是,早期宇宙不仅仅是你如何来到这里的故事的一部分;它是你身份的一部分。
听起来可能有点玄乎,但你的时间倒流双胞胎在物理上是有可能存在的。换句话说,物理定律并没有排除这种可能性。按照我们通常的理解,相关的物理定律是时间反演对称(time-reversal symmetric)的,这意味着如果你有一段记录系统随时间演变的视频,无论你把哪一端标为“开始”,哪一端标为“结束”,都没关系。如果视频正向播放时符合物理定律,那么反向播放时也同样符合。所以,我们自然会问:为什么在现实生活中我们碰不到时间倒流双胞胎呢?
答案就在——热力学第二定律,也就是熵增定律。熵是衡量系统混乱程度的一个指标,就像你的房间有多乱。房间越乱,熵就越大。这个定律基本上告诉我们,随着时间的推移,你的房间会越来越乱,而不是越来越整洁。
熵在解释时间两个方向(从过去到未来,以及从未来到过去)的差异上扮演着关键角色。纸牌屋往往会自发坍塌;而纸牌堆不会自发地搭建成纸牌屋。夏天,冰块倾向于融化,但温水不会自发地变成冰块。这些都是同一个事实的不同表现:当你沿着从过去到未来的方向前进时,熵会增加(相应地,如果你沿着从未来到过去的方向前进,熵就会减少)。
有趣的现象是,熵的这种不对称性并不是我们通常理解的物理定律所能推导出来的(除了一些粒子衰变的特殊情况,这些在视频倒放时可以忽略不计)。如果一个纸牌屋倒塌的视频符合物理定律,那么这个视频倒放,一堆纸牌自动跳起来组成一座平衡的塔,也同样符合物理定律(只要量子细节适当编辑)。那么,熵的不对称性究竟从何而来呢?
像我们这样的世界,很可能是自发地从平衡状态“下降”而来,而不是从更低熵状态“上升”而来。
答案要从统计学说起。一个房间乱七八糟的方式远比整洁有序的方式要多得多。这就像是安娜·卡列尼娜原则:对于每一种井然有序的状态,都有无数种乱七八糟的状态。
正如路德维希·玻尔兹曼和其他人在 19 世纪末首次注意到的,我们可以利用秩序与混乱之间的这种不对称性来证明:几乎所有非平衡系统(也就是尚未达到最大混乱度的系统)的轨迹都会随着时间的推移而直接趋向平衡(也就是最大混乱度)。
但这里有个问题。正如玻尔兹曼的同时代人约翰·约瑟夫·洛施密特所指出的,统计推导对于时间是向前还是向后演化是中立的。我们可以推导出,几乎所有像我们这样的世界的轨迹都会在过去到未来的方向上趋向平衡(这是好事),但同样也会在未来到过去的方向上趋向平衡(这是个问题)。换句话说,如果我们的统计推理是正确的,像我们这样的世界更有可能是通过从平衡状态自发“下降”(比如,从尘埃中随机形成)而达到当前状态,而不是从一个熵更低的状态“上升”而来(正如我们的化石、记忆和主流天体物理学理论所表明的那样)。
关于接下来该如何发展,存在很多争议。但有一个令人信服的观点认为,我们必须将其视为一个定律,或某种必然性,而不是仅仅是一个巧合,即很久以前宇宙的熵非常低。(大卫·阿尔伯特在他的著作《时间与机会》中提出这一观点——他称之为“过去假设”)。当然,统计论证并不意味着像我们这样的世界不可能从很低的熵开始——只是这将是一个巨大的偶然。我们需要过去假设(或其他解释)不仅是为了证实熵一直在上升(因此开始时很低),更是为了能够解释为什么这不是一系列极其令人惊讶的巨大巧合。
为了理解过去假设(past-hypothesis)如何解决这个问题,让我们考虑一个简化版的问题。假设我们看到一堆纸牌在某个时刻自发地组装成纸牌屋的下半部分。这将是一个巨大的偶然。什么可以解释这一点?现在假设我们恰好知道事情会变得更奇怪:这堆纸牌将继续组装,以至于在几分钟后会变成一个完整的纸牌屋。这能解释我们目前所见到的吗?不能。这就像说“闪电刚刚击中你两次的原因是因为几分钟后它将击中你五次。”你不能通过指出一个偶然是更大偶然的一部分来解释这个偶然。
但如果这在某种程度上是不可避免的——也就是说,由定律决定:对可能解决方案的约束——这堆纸牌在某个时刻将成为一个完整的纸牌屋呢?那么我们就有了解释纸牌在某个时刻自发活动的开端(尽管这是一个特殊的解释):纸牌在那个时刻所做的是它们必须做的,以满足那个时刻的约束。过去假设就是这种形式的解释。我们的宇宙被约束在遥远的过去具有低熵,我们可以理解,当我们从未来到过去的方向看轨迹时,熵的可靠下降是宇宙为满足这一约束而必须做的事情。但这只有在低熵状态确实是宇宙必须满足的约束,而不仅仅是一个本身就需要解释的偶然时,才能作为一个解释。
总之,统计学表明,在任何时间方向上,远离平衡态的演化都不会是稳定的、正常的或可预期的。但这留下了一种可能性,即我们可以添加进一步的定律或约束,规定熵必须在某些特殊的时间和地点(例如,在大爆炸附近)非常低。那么,某些涉及持续熵降低的系统的行为可能是稳定的、正常的或可预期的,但前提是这种熵的降低相当于系统为遵守相关特殊定律或约束而必须做的事情。
如果唯物主义是正确的,早期宇宙的某些特征在本质上是你意识的一部分。
这与我们有什么关系呢?我们的身体和大脑充满了向过去远离平衡态演化的过程。这些过程是稳定的,但这只是因为在未来到过去的方向上向低熵演化是系统为满足早期宇宙低熵约束而必须做的事情。相比之下,我们的时间倒流双胞胎将充满向未来远离平衡态演化的过程,而没有特殊的约束要求这样做,所以他们的存在将是一个不稳定的反常现象,正如我们的统计原理所表明的那样。
很好,你可能会说,但这如何教会我们关于经验的知识呢?答案是这样的。即使意识不仅仅是计算的一种形式,几乎每种分析——物理主义者、功能主义者、二元论者——都会说意识依赖于计算:它只在系统实现具有计算结构的过程时才会出现。那些认为意识可以还原为其物质构成的人会补充说,这种计算结构是这些状态成为意识状态的组成部分,而二元论者可能会说,这种关系是相关性或因果关系,而不是构成关系。
什么是具有计算结构的过程?它是在我们可以视为输入、内部系统状态和输出的事物之间具有可靠或稳定关系的过程。它必须至少相当可能,如果你重复设置——相同的内部状态,相同的输入——你会得到相同的输出。否则,这个过程就是随机波动而不是计算。
我们刚刚探讨了为什么那些逆熵而行的过程——比如扑克牌自己堆成房子——根本不靠谱:它们发生的可能性微乎其微。这也解释了为什么我们不会遇到时间倒流的人:要让你的“时间倒流双胞胎”的生活完全复制你倒放的人生,那得是一连串几乎不可能发生的大巧合,从这一刻到下一刻都是如此。
因此,你的时间倒流双胞胎的心理活动不可能稳定到可以称为计算的程度,这也就意味着他们没有意识。我们很容易误以为,我们可以在不考虑过程的起点和终点的情况下,局部地评估计算结构。但这就像是说,我们可以在不知道哪一堆是起点,哪座房子是终点的情况下,判断一个过程是可预测的还是极其不可能的。这显然是不可能的。一个系统在某个时间方向上熵大幅下降的过程,可能是完全正常的,也可能是极其不可能的,这取决于是否存在某种特殊约束,使得熵在某个时刻必须很低。但是,这样的约束是否存在,以及它在过程中的位置,显然不是一个局部问题,尤其是当这个约束涉及到宇宙大爆炸附近的早期宇宙的熵状态时。
我想说的是,你大脑中粒子从一刻到下一刻的转换之所以能够执行计算,只是因为它们与早期宇宙熵状态的一个特殊条件有关。如果保持局部状况不变,但改变与早期宇宙的关系(比如倒放这个过程),你就会得到一个根本无法在宏观层面上执行任何计算的东西。但如果唯物主义是正确的,执行计算就是构成意识的一部分。所以,如果唯物主义是正确的,早期宇宙的某些特征本质上就是你意识的一部分。即使唯物主义是错误的,这些特征仍然是你意识的物质关联的一部分。有些人认为,你的心智可能延伸到局部环境是有争议的。但如果我说的对,你的心智延伸得远不止如此。
