Otak Boltzmann

Eksperimen pikiran otak Boltzmann mengemukakan bahwa sebuah otak yang terbentuk secara spontan—lengkap dengan ingatan pernah ada di alam semesta kita—kemungkinan besar jauh lebih mungkin terjadi daripada lahirnya seluruh alam semesta melalui cara yang diyakini oleh para kosmolog. Para fisikawan menggunakan eksperimen pikiran otak Boltzmann sebagai argumen reductio ad absurdum untuk mengevaluasi teori-teori ilmiah yang saling bersaing.

Berbeda dari eksperimen pikiran otak dalam wadah, yang berfokus pada persepsi dan pemikiran, otak Boltzmann digunakan dalam kosmologi untuk menguji asumsi kita mengenai termodinamika dan perkembangan alam semesta. Dalam rentang waktu yang cukup panjang, fluktuasi acak dapat menyebabkan partikel-partikel secara spontan membentuk struktur apa pun dengan tingkat kerumitan berapa pun, termasuk otak manusia yang berfungsi utuh. Skenario ini pada awalnya hanya melibatkan satu otak dengan ingatan palsu; namun, fisikawan Sean M. Carroll menunjukkan bahwa dalam alam semesta yang berfluktuasi, skenario tersebut berlaku sama baiknya pada skala yang lebih besar, seperti skala seluruh tubuh atau bahkan galaksi-galaksi.^[1][2]

Gagasan ini dinamai dari nama fisikawan Ludwig Boltzmann (1844–1906), yang pada tahun 1896—sebelum lahirnya teori Big Bang—menerbitkan sebuah hipotesis yang berupaya menjelaskan fakta bahwa alam semesta tidak sekaotis yang tampaknya diprediksikan oleh bidang termodinamika yang saat itu baru berkembang. Ia menawarkan beberapa penjelasan, salah satunya adalah bahwa alam semesta, bahkan setelah mencapai keadaan yang paling mungkin terjadi yaitu tersebar merata dan tanpa fitur berupa kesetimbangan termal, secara spontan akan berfluktuasi ke keadaan yang lebih teratur (atau ber-entropi rendah) seperti alam semesta tempat kita berada saat ini.^[3] Otak Boltzmann pertama kali diajukan sebagai tanggapan reductio ad absurdum terhadap penjelasan Boltzmann mengenai keadaan entropi rendah di alam semesta kita.^[4]

Konsep otak Boltzmann kembali mendapat perhatian sekitar tahun 2002, ketika beberapa kosmolog mulai khawatir bahwa dalam banyak teori tentang alam semesta, otak manusia jauh lebih mungkin muncul dari fluktuasi acak; hal ini mengarah pada kesimpulan bahwa secara statistik, manusia kemungkinan besar keliru mengenai ingatan masa lalu mereka dan sebenarnya merupakan otak Boltzmann.^[5][6] Ketika diterapkan pada teori-teori yang lebih baru mengenai multisemesta, argumen otak Boltzmann merupakan bagian dari masalah ukuran kosmologi yang belum terpecahkan.^[7]

Alam semesta Boltzmann

Pada tahun 1896, matematikawan Ernst Zermelo mengemukakan sebuah teori bahwa hukum kedua termodinamika bersifat mutlak alih-alih statistik.^[8] Zermelo memperkuat teorinya dengan menunjukkan bahwa teorema perulangan Poincaré membuktikan entropi statistik dalam sistem tertutup pada akhirnya pasti menjadi sebuah fungsi periodik; oleh karena itu, Hukum Kedua, yang selalu teramati meningkatkan entropi, kemungkinan besar tidak bersifat statistik. Untuk membantah argumen Zermelo, Boltzmann mengajukan dua teori. Teori pertama, yang saat ini diyakini sebagai teori yang benar, adalah bahwa alam semesta bermula dari keadaan entropi rendah karena alasan yang tidak diketahui. Teori kedua sekaligus alternatifnya, yang diterbitkan pada tahun 1896 tetapi diatribusikan pada tahun 1895 kepada asisten Boltzmann, Ignaz Schütz, adalah skenario "alam semesta Boltzmann". Dalam skenario ini, alam semesta menghabiskan sebagian besar keabadiannya dalam keadaan kematian panas yang tanpa ciri; namun, setelah melewati banyak eon, pada akhirnya akan terjadi fluktuasi termal yang sangat langka di mana atom-atom saling berpantulan dengan cara yang sangat tepat sehingga membentuk substruktur yang setara dengan seluruh alam semesta teramati kita. Boltzmann berargumen bahwa, meskipun sebagian besar alam semesta tidak memiliki ciri, manusia tidak melihat wilayah-wilayah tersebut karena wilayah itu tidak memiliki kehidupan berakal; bagi Boltzmann, bukanlah suatu keanehan jika umat manusia hanya mengamati bagian dalam dari alam semesta Boltzmann-nya, karena wilayah tersebut adalah satu-satunya tempat di mana kehidupan berakal berada. Hal ini mungkin merupakan penggunaan prinsip antropik yang pertama dalam sains modern.^[9][10]

Pada tahun 1931, astronom Arthur Eddington menunjukkan bahwa, karena fluktuasi yang besar secara eksponensial lebih kecil kemungkinannya dibandingkan fluktuasi yang kecil, pengamat di alam semesta Boltzmann jumlahnya akan kalah telak oleh pengamat dalam fluktuasi yang lebih kecil. Fisikawan Richard Feynman menerbitkan argumen sanggahan serupa dalam karyanya yang banyak dibaca, Kuliah Fisika Feynman.^[11] Menjelang tahun 2004, para fisikawan telah membawa pengamatan Eddington pada kesimpulan logisnya: pengamat yang paling banyak jumlahnya dalam keabadian fluktuasi termal adalah "otak Boltzmann" minimal yang bermunculan di alam semesta yang selebihnya sama sekali tanpa ciri.^[9][12]

Catatan kaki

Bacaan lanjut