Джордж и код, который не взломать

Больцмановский мозг

Частицы тут, частицы там…

Всё вещество на Земле состоит из крошечных частиц – атомов. Атомы постоянно сталкиваются, обмениваясь частицами электромагнитного излучения – фотонами. Некоторые фотоны мы воспринимаем как тепло, некоторые – как свет, а некоторые используем для связи, специально выпуская их из радиоантенн. А из космоса к нам постоянно летят фотоны и субатомные частицы, которые производятся Солнцем и происходят из более дальних частей Вселенной. Так что Земля, другие планеты, звёзды, да и сам космос – всё это бурлящее варево из крошечных частиц. Как вообще учёному понять поведение чего бы то ни было, когда кругом такое немыслимо огромное количество частиц, которые к тому же движутся?

Чудеса чистой воды!

Один литр воды на Земле содержит примерно 30 миллионов миллионов миллионов миллионов молекул! Но ведь литр воды совсем не похож на гору частиц – он выглядит как сплошной материал, который может существовать в жидком, твёрдом или газообразном состоянии, в зависимости от температуры и давления. Если нагреть воду, она закипит и превратится в пар; сильно охладить – замёрзнет и станет льдом. Это нормальное поведение для воды, в чём легко убедиться на опыте. Но почему все эти примерно 30 миллионов миллионов миллионов миллионов молекул должны вести себя одинаково? Неужели среди них нет молекул-бунтарей? Австрийский физик XIX века Людвиг Больцман предложил математическое объяснение того, почему при огромном скоплении частиц некая конкретная модель их поведения становится наиболее вероятной. Ибо, хотя множество частиц движется совершенно хаотично – каждая сама по себе, – у их совокупности с высокой степенью вероятности образуется среднее общее поведение, при котором поведение отдельных молекул ничего не значит. В литре воды малая часть молекул может иногда случайно отклоняться от этого среднего, но вероятность того, что эта часть будет не малой, а достаточно большой, чтобы производить заметные изменения в том поведении воды, которое мы привыкли считать нормальным, – такая вероятность очень, очень мала.

Однако если бы воду насовсем оставили в покое, то постепенно начались бы значительные случайные отклонения – например, все молекулы могли бы на краткий срок двинуться в одном и том же направлении. Разумеется, вероятность такого события очень-очень-очень мала, так что если вы на какое-то время оставите литр воды в кувшине, то можно не бояться, что вода вдруг выпрыгнет наружу. Но вот если бы её можно было оставить на целую вечность, то такие изменения рано или поздно начали бы происходить – и происходили бы бессчётное число раз.