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热力学第二定律中，一切自然系统的无序程度总是会自发地趋于增大（即熵增），由此定义了物理学（或者热力学）中的时间正方向：熵增加的方向。
人类在数个世纪的发展中，文明在高速的进步，这离不开科学家对宇宙的用心钻研。科学的本质就是总结一切我们身边发生的规律，并且把这些规律延展。那么在众多的科学规律中，最重要的一条定律是什么呢？
爱因斯坦认为热力学第二定律是“宇宙中的第一定律”，也就是我们经常提到的“熵增定律”。这个定律几乎可以用在任何地方，社会学，人类学还有宇宙学等等。简单的来说，这个定律告诉我们在一个系统中，总是不可避免的会随着时间的推移变得越来越“混乱”。而在这个理论的基础下，科学家提出了一个问题——玻尔兹曼大脑。
什么是玻尔兹曼大脑？
前文中提到，“熵”是在不断增加的，因此我们的宇宙在未来或许会因为时间的不断推移，变成一团无序的虚无，因为热量和能量总是在不断流逝的，只不过需要的时间很久很久，久到我们无法想象。
既然宇宙的“熵”在不断增加，那么我们可以确定，现在的宇宙处于一种“低熵”的状态，因为我们的宇宙井然有序，星系正常运转，并且也不断的有新的行星和恒星诞生。并且我们的宇宙还在不断的运动，各种证据都表明，我们的宇宙在缓慢的“膨胀”，这就证明至少在曾经，宇宙处于一个更低熵的状态。
玻尔兹曼认为，其实宇宙本身是高熵的，我们生存的这片宇宙来自于一个高熵宇宙的自我涨落，也就是我们经常说到的“量子涨落”，虽然这种可能性很低，可是在广阔的宇宙尺度和时间尺度下，仍然存在一定的可能性。
人类就是这种低熵宇宙的产物，可以说人类的诞生是一个巧合中的巧合。而人类诞生意识也是一个巧合，因为自我意识这种形态是一种极其低熵的存在。那么在宇宙中是否有可能因为熵的涨落诞生出一个意识体呢？也就是“玻尔兹曼大脑”一种想象中可能普遍存在于宇宙中的意识形态。
根据玻尔兹曼计算，宇宙自然涨落诞生人类这些数量庞大自我意识的概率是负10的100次方左右，而诞生一个低熵形态的自我意识只需要负10的28次方，也就是说，人类诞生自我意识是一件概率十分十分低的事情，低到我们难以想象。而宇宙诞生出一个具有意识和记忆的“大脑”概率比人类诞生意识概率要高上很多，因此宇宙中或许存在十分之多的“玻尔兹曼大脑”。
类似的思想实验还有著名的“缸中之脑”，如果一个大脑被放在实验室中，这个大脑所接触到的一切都是科学家给大脑输入的神经反应，这个大脑应该如何判断自己是真实存在的呢？
都是悖论
其实不论是玻尔兹曼大脑还是缸中之脑都是悖论，现代物理学是不完善的，不论是量子力学还是相对论，都存在着明显的缺点，因此热力学第二定律也可能存在明显的缺点，用这个理论试图去解释宇宙的诞生和结束，肯定会产生悖论。
热力学第二定律的前提是“封闭系统”，但是我们的宇宙是一个“封闭系统”吗？科学家也无法给出答案，因为人类可观测的宇宙范围是很有限的，在这个有限的距离中，也存在许许多多无法判断的星体，由此判断宇宙是一个封闭系统是不显示的，因此对于宇宙尺度来说。“熵增”就失去了意义，宇宙中也就大概率不会存在玻尔兹曼大脑。
这个思想实验其实也有更重要的意义，那就是更加直观地告诉我们，宇宙中诞生人类这些拥有自我意识个体的可能性是很低的。其次因为宇宙拥有无比广阔的尺度，各种概率很低的事情都有可能发生，或许真的和玻尔兹曼说的一样，宇宙中漂浮着无数个意识体。其次，人类的科学仍然在不断发展的过程中，任何的知识都不能百分百的正确，随着时间的推移科学不断发展，我们可能会发现自己原本的观点是错误的，就像是古代人认为地球是宇宙的中心一样，站在不同的角度利用不同的知识可以看到不同的宇宙。
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