Boltzmann n’a peut-être pas laissé de note mais il est inscrit à jamais dans la formule de Boltzmann pour l’entropie.
La formule décrit la deuxième loi de la thermodynamique. Elle dit que l’entropie dans un système fermé doit toujours augmenter jusqu’à ce qu’il atteigne un état d’équilibre. Cela se produit parce qu’il y a beaucoup plus de façons pour un système d’être désordonné qu’il n’y en a pour être ordonné. L’entropie est souvent présentée comme un univers tendant à devenir plus chaotique, mais au fond, l’entropie est une question de statistiques. Il existe beaucoup plus de configurations désorganisées que de configurations organisées, de sorte qu’il est plus probable de trouver des molécules dans un état désorganisé. L’entropie est à l’œuvre chaque fois qu’un objet se réchauffe ou se refroidit. Des glaçons qui fondent ou du pain cuit à la vapeur qui refroidit à la température ambiante, par exemple. Ces objets étaient autrefois dans un état organisé – les glaçons étant plus froids que leur environnement et le pain plus chaud – mais ils se sont progressivement mis en équilibre avec la température de leur environnement. Plus l’entropie est élevée, plus l’équilibre est élevé. Les glaçons ont commencé dans un état de faible entropie et sont descendus dans un état de forte entropie.
Mais cela s’applique à quelque chose de beaucoup, beaucoup plus grand.
Le Big Bang était un moment de faible entropie. Toutes les particules de notre univers étaient concentrées en un point chaud et dense avant d’éclater dans le cosmos gargantuesque qu’elles sont devenues aujourd’hui. Depuis lors, nous nous dirigeons vers une entropie de plus en plus élevée, ce qui signifie que nous nous rapprochons de plus en plus de l’équilibre – une perspective qui pourrait entraîner la mort de toute vie dans l’univers.
Donc, l’entropie d’un système augmente toujours. Mais il existe des exceptions à cette règle. Les fluctuations statistiques font que, de temps en temps, un système a une entropie plus faible. L’organisation peut avoir beaucoup moins de chance de se manifester que la désorganisation, mais cette chance est tout de même présente. La diminution de l’entropie est improbable, pas impossible.
C’est de là que découle l’idée d’un cerveau de Boltzmann.
Il est bien plus probable que l’univers soit dans un état de forte entropie. Alors, pourquoi avons-nous émergé d’un état de si faible entropie ? Une façon de résoudre cette question est d’imaginer que l’univers est en équilibre à une plus grande échelle. Notre Big Bang était une fluctuation statistique dans une région d’un univers autrement plus ancien et à plus forte entropie. Certaines particules se sont assemblées par hasard et ont créé les prémices explosives de notre monde. Cela impliquerait également le multivers où un univers fille à faible entropie a surgi d’un univers mère à l’équilibre plus élevé. Si cet univers mère est infini, alors tout arrangement de particules capable de se produire se produira éventuellement.
Mais il y a un problème statistique avec cela. Les fluctuations s’écarteraient très probablement le moins possible de l’équilibre global. Au lieu de créer un univers entièrement nouveau chargé de nouvelles galaxies étincelantes et de trous noirs diaboliques, il est plus probable que seul notre cerveau se soit manifesté.
Un cerveau, imaginant son existence et l’existence de l’univers entier, complet avec les souvenirs d’une vie qui n’a jamais eu lieu. Selon cette expérience de pensée, il est plus probable qu’un observateur intelligent ait surgi à l’existence avec toutes ses connaissances et ses souvenirs qu’il ne l’est pour un univers entier d’être né. L’observateur croit seulement qu’il existe dans cet univers, mais cet univers n’est qu’une invention de l’imagination de l’observateur.
Tous les aspects de son moi découlant d’un simple arrangement fortuit de particules.
C’est paradoxal. Comme l’ont souligné des physiciens comme Sean Carroll, la théorie du cerveau de Boltzmann s’autodéfait. Nos observations du monde nous amènent à croire que nous ne pouvons pas faire confiance à nos observations. Tout notre bricolage d’outils et de formules nous conduit à un univers qui n’est qu’une illusion de notre esprit. Non seulement nos souvenirs sont faux, mais notre compréhension de la physique et la logique que nous utilisons pour comprendre la réalité dans laquelle nous vivons le sont également. Cela nous rendrait dans un état que Boltzmann a trouvé à la fin de sa vie – voulant mais incapable de faire de la science.
Il n’y a également aucun moyen réel de réfuter la théorie parce que toute preuve que nous trouvons contre le fait d’être un cerveau de Boltzmann pourrait n’être rien de plus qu’une partie de la fluctuation statistique qui a généré notre esprit. Il est également statistiquement plus probable qu’un tel esprit viendrait avec de pures illusions au lieu d’avoir une intelligence réelle.
L’idée de cerveaux de Boltzmann sont plus destinés à un exercice mental sur la prise de choses à l’extrême. Il n’y a aucune raison de croire que nous sommes des cerveaux désincarnés ou que l’un de nos souvenirs est artificiel. Il y a également peu de raisons d’entretenir cette idée, étant donné que nous ne pourrions jamais l’aborder de manière scientifique ou tenter de prouver qu’elle est réelle. Nous sommes contraints à un immobilisme inconfortable.
Ces cerveaux font écho à peu près au même sentiment que la théorie selon laquelle nous sommes une simulation ou un hologramme. Il est intéressant d’y penser et il se peut très bien qu’elles soient vraies, mais nous ne pouvons pas nous attacher à ces idées et freiner les progrès de notre science. Même si tout cela n’est rien de plus qu’une illusion, il est préférable pour nous d’aller de l’avant.
L’univers poursuit aujourd’hui sa descente vers un état d’équilibre thermique, un état que Boltzmann assimilait à celui de « mort ». Mais il n’a pas encore atteint ce moment. En attendant, nous faisons confiance à nos observations. Il y a encore une vie à vivre.