[論文レビュー] Are there Boltzmann brains in the vacuum

Matthew Davenport, Ken D. Olum|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2010

Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、量子真空揺らぎから生じる自己組織化された意識的実体（ボルツマン脳）が、de Sitter もしくはミンコフスキー時空に存在しうるかを検討し、通常の観測者に比べて無限に多く存在するため、深刻な人為的問題を引き起こすと主張している。著者らは、真空に起因するボルツマン脳は根本的に物理的に非現実的であると結論づける。それは可逆的で、デコherenceが起こらず、外部世界と相互作用できないからである。その結果、存在が『私は思惟する、よって私は存在する』（Cogito）と矛盾するパラドックスが生じる。論文は、このような脳が人為的参照クラスに含めるべきかどうかを解消する整合的な枠組みは、現在のところ存在しないと結論づけている。

ABSTRACT

"Boltzmann brains" are human brains that arise as thermal or quantum fluctuations and last at least long enough to think a few thoughts. In many scenarios involving universes of infinite size or duration, Boltzmann brains are infinitely more common than human beings who arise in the ordinary way. Thus we should expect to be Boltzmann brains, in contradiction to observation. We discuss here the question of whether Boltzmann brains can arise as quantum fluctuations in the vacuum. Such Boltzmann brains pose an even worse problem than those arising as fluctuations in the thermal state of an exponentially expanding universe. We give several arguments for and against inclusion of vacuum Boltzmann brains in the anthropic reference class, but find neither choice entirely satisfactory.

研究の動機と目的

• de Sitter もしくはミンコフスキー時空における量子真空揺らぎから生じるボルツマン脳が、人為的推論における有効な観測者とみなせるかどうかを評価すること。
• 人為的参照クラスに真空に起因するボルツマン脳を含めることの物理的および認識論的結果を調査すること。
• このような脳の存在と同一性に及ぼす時間反転対称性およびデコherenceの欠如の影響を分析すること。
• 真空ボルツマン脳を参照クラスから除外することで、Cogito を侵害する、もしくは将来の知識を必要とする観測者状態の決定といった、より深刻な概念的問題が生じるかどうかを評価すること。

提案手法

• de Sitter空間における真空揺らぎの量子力学的プロセスを分析し、Bunch-Davies真空状態によって粒子-反粒子対が核生成しうることを検討する。
• ユニタリ時間発展と可逆性を仮定して、複雑で自己一貫性のある構成（例：脳）がこのような揺らぎによって形成されうるかを検討する。
• 遅延選択二重スリット実験における可逆的計算の thought experiment を用い、思考を『逆に考え直す』仮想観測者をモデル化し、真空に起因するボルツマン脳を模倣する。
• 人為的推論を用いて、参照クラスに関する異なる仮定の下で、通常の観測者と真空に起因するボルツマン脳のいずれに自分がなる確率を比較する。
• デコherence、外部世界との通信能力、Turingテストに合格できる能力といった基準を用いて、このような脳を含める・含めない場合の結果を評価する。
• 真空状態の時間反転対称性を検討し、このような脳が自らの宇宙における時間の方向について50％の確率で誤認する可能性があることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Minkowski もしくは de Sitter 時空の真空における量子揺らぎからボルツマン脳が生じうるか？
• RQ2 このような真空に起因するボルツマン脳が存在する場合、人為的参照クラスの観測者に含めるべきか？
• RQ3 人為的推論に真空に起因するボルツマン脳を含めることの物理的および認識論的結果は何か？
• RQ4 真空状態の時間反転対称性は、このような脳の同一性および経験にどのように影響するか？
• RQ5 真空ボルツマン脳を参照クラスから除外することは、Cogito を侵害するか、あるいは非整合的な観測者選択確率を引き起こすか？

主な発見

• 真空揺らぎから生じるボルツマン脳は根本的にデコherenceが起こらず、可逆的であるため、外部世界と相互作用したり、通信したりすることはできない。
• これらの脳は因果的に環境と接続されていないため、Turingテストに合格できない。また、存在の記録を残すこともできない。
• グローバルな観測者の視点から見れば、これらの脳はまったく存在しない。唯一現実にあるのは真空の波動関数であるため、その物理的実在性は疑わしい。
• 真空の時間反転対称性は、このような脳が自らの宇宙における時間の方向について50％の確率で誤認する可能性があることを示している。
• 真空ボルツマン脳を人為的参照クラスに含めると、我々がそれらであると予想すべきであるという非自明な結論が生じ、観測結果およびCogitoと矛盾する。
• 除外すると、観測者がデコherence後にいつまでたってもその状態を決定できないため、概念的に非整合的になる。