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不过，整个热力学的基础在于，将概率的概念应用在一个系统的微观态上。所以，当将热力学应用于整个宇宙时，我们犯了宇宙学谬误。[12]避开宇宙学谬误的唯一方法、避开宇宙存在可能性悖论的唯一方法，就在于，用具有时间不对称性的物理理论来解释宇宙产生复杂性和趣味性的原因。这样的物理理论使得我们的宇宙不再不大可能产生，而是不可避免地注定要产生。
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以上悖论的产生并不唯一。在此之前，也有人试图将热力学理论应用于整个宇宙。他们犯下了宇宙学谬误，得到了其他悖论。路德维希·玻尔兹曼提出了熵和热力学第二定律的统计解释。他似乎也是试图回答宇宙为什么不处于平衡态的第一人。玻尔兹曼并不知道宇宙在膨胀，也不知道宇宙大爆炸。在他的宇宙观中，宇宙是永恒的、静止的。永恒的宇宙令他困惑不已，因为这意味着它早就应该到达平衡态。它拥有无穷长的时间来抵达这一状态。
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宇宙为什么不处于平衡态呢？玻尔兹曼想到的一个理由是，我们的太阳系及周边区域正处于一个发生在不久之前的巨大涨落之中。这一涨落中，太阳、行星以及我们周遭的恒星，会从平衡态气体中自发形成。随后，我们所处的宇宙区域会重回平衡态，这一过程使得我们看到这一区域的熵正在增加。对于生活在19世纪末的玻尔兹曼来说，这或许是符合当时人类认知的最佳答案。但是，这个答案不对。我们之所以知道它不对，是因为现在我们能够回溯时间到宇宙大爆炸之时，对应于130亿光年的可观测距离。但是在这片我们所在的宇宙区域中，我们没有证据证明宇宙由静止的平衡态涨落而来。相反，我们看到一个随着时间不断演化的宇宙。随着宇宙的膨胀，结构在各个尺度上不断生长发展。
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玻尔兹曼不可能知道这一切。但是他和他的同代人还是可以通过一个论证看出玻尔兹曼解释中的可疑之处。这一论证基于以下观测发现：一次涨落越小，它就越可能从平衡态中出现。因此，对于某片空间区域来说，脱离平衡态越少，出现的可能性就越高。
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玻尔兹曼时代的天文学家至少可以观测拥有上百万颗恒星的数万光年区域。因此，如果我们所在的空间区域是某次涨落的结果，那么这种涨落发生的可能性将非常低——远低于其他一些能够产生出你我的小涨落的概率。考虑某个仅能够产生太阳系的涨落。我们知道，这样涨落出来的世界并不是真实的世界。这个世界的夜晚，除了一些红外辐射，我们其他什么都看不见。这些红外辐射来自环绕于我们的热平衡气体。但根据玻尔兹曼的假设，这种小涨落发生的概率远远大于产生出整个可见宇宙的大涨落。大涨落要包含百亿颗恒星，而每颗恒星脱离平衡态的程度都要和太阳系差不多。我们发现自己处于太阳系尺度涨落的概率，要比发现自己身处银河系尺度涨落的概率要高很多。[13]
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继续发展这一论证。太阳系的很大一部分和我们的存在毫无关联，因此，我们更有可能发现自己身处一个地球尺度的涨落中，涨落给出地球外加天空中的一个热源。而完整的太阳系包括太阳、行星、彗星以及一整套运转体系，其产生概率比前者低许多。这只是接下来一系列论证的开始。人类是会思考的动物，通过感知，我们发现自己处于一个世界之中。如果某次涨落能产生一个留有记忆和图像的大脑，那这样的涨落较之地球尺度的涨落就会小许多。后者会产生一整颗充满生物、绕着巨大恒星旋转的行星。这种只产生一个大脑，接着赋予大脑虚拟世界记忆和感知的涨落，被我们称作“玻尔兹曼大脑”（Boltzmann brain）。
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所以，我们的幸运存在在很大概率上可被解释为玻尔兹曼永恒平衡态宇宙中的涨落。我们可以处于一个银河系尺度的涨落中，处于一个太阳系尺度的涨落中，处于一个拥有千亿生灵的行星涨落之中，或者我们其实处于一个大脑尺度的涨落中，涨落出的大脑被赋予虚拟世界的记忆和图像。越靠后的涨落所需要的信息就越少——也就是说，熵距平衡态的缺失最少。所以在无时宇宙中，单个大脑尺度的涨落，要比包含着所有大脑的银河系尺度或太阳系尺度涨落频繁许多。
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这被称为“玻尔兹曼大脑悖论”（Boltzmann brain paradox）。它指出，在无穷长的时间内，宇宙将充满玻尔兹曼大脑。这些大脑都在小涨落中形成，它们的数量远远多于生物进化产生的大脑，后者需要一个持续百亿年的大涨落。人类是智慧生物，因此人类是玻尔兹曼大脑的概率远远压倒其他动物的可能性。但是，我们知道自己并非此类自发产生的大脑。假如人类的确是玻尔兹曼大脑，那我们的记忆和感知就很有可能会自相矛盾，无法自洽。此外，我们的大脑似乎也无法承载广漠宇宙中的所有恒星和星系的图像。因此，玻尔兹曼大脑其实是一个典型的“归谬”论证。
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我们不应对这个论证感到奇怪，因为我们犯了宇宙学谬误，它终将把我们引向充满悖谬的结论。在牛顿范式中，物理世界没有时间。这一范式在宇宙最基本的问题面前，表现得力不从心：为什么我们的宇宙这么有趣？为什么这个宇宙会有趣到允许我们人类这种生物存在，来感叹宇宙的神奇？
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如果接受时间的真实性，我们就可以写下时间不对称的物理理论，理论中的宇宙最终会自然地演化出复杂性和结构性。并且，我们因此也回避了这样的宇宙不大可能存在的悖论。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877014]
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来
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在第16章中，我们考虑了宇宙的最大未解之谜：宇宙为什么这么有趣？为什么随着时间的推移，宇宙似乎变得越来越有趣了？一些回答是基于牛顿范式下的无时宇宙图景。我们看到，它们引发了两种悖论：一种悖论声称我们这个特别的宇宙不大可能存在，一种悖论即玻尔兹曼大脑悖论。可如果从第10章提到的新宇宙学原则出发，我们便可以理解宇宙为什么如此有趣，同时避开上述悖论。本章中，我将对此加以解释。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877015]
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宇宙能否包含两个一模一样的瞬间
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让我们从一个简单的问题开始：宇宙能否包含两个一模一样的瞬间？
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时间箭头的存在意味着每一个瞬间都是独一无二的。至少到目前为止，不同时刻的宇宙都是不一样的。这些不同显现于星系的性质之中，或显现在元素的丰度之中。这里的问题在于：这个瞬间序列到底是偶然出现的，还是蕴含着某种深层次的原则？在牛顿范式中，时间箭头的存在似乎是偶然的；而在一个处于平衡态的无时宇宙之中，我们预期存在许多完全一样的瞬间或非常相似的瞬间。
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有个更深层次的原则告诉我们，两个瞬间不可能完全相同，这便是莱布尼茨的“全同关系的同一性”。在第10章中，我们对此原则进行了描述，它来自莱布尼茨的充足理由律。这一原则认为，如果宇宙中的两个物体完全无法区分，那么它们就不可能不同。这不过是常识。如果事物间的区别仅在于可观测的性质，那么两个有所区别的物体就不可能具有完全相同的性质。
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莱布尼茨的原则基于一个基本的想法：物体的物理性质是相对的。如果我们有两个电子，一个处于床罩的原子之中，一个处于月球背面的环形山顶，那么这两个电子是否一样呢？它们不是一模一样的粒子，因为它们的位置不同，而位置是粒子的属性之一。从相对关系的角度出发，我们可以说，它们因为所处环境有所区别，从而可以互相区分。[1]
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世上没有绝对空间。所以，如果我们不给出某个空间点的识别方法，就无法问那个空间点上到底发生了什么。换言之，除非我们有办法指明某一地点，否则就无法将物体定位到那一点上。想要知道自己的位置，方法之一就是看看四周的风景有什么特别之处。假设一个人声称空间中的两个物体拥有完全相同的性质，处于完全相同的环境之中。那么，无论你离两个物体有多远，你会发现，它们之外的万物的组织结构也会完全相同。如果这种奇怪的情况确实存在，那么观测者就没有办法区分两个物体。
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因此，要求世界上有两个完全相同的物体，是一件不可能完成的任务。这个要求意味着，宇宙中必定存在着两个一模一样的地方——在这两个地方看到的宇宙完全一样。宇宙中不可能有两个完全相同的物体，这一简单的要求将极大地改变作为整体的宇宙。[2]
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同样的论证也适用于发生在时空中的事件。全同关系的同一性要求，两个时空事件不可能有完全相同的可观测性质，两个瞬间也不可能一模一样。
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仰望夜空时，我们所见的宇宙，总是局限于一个特别的观测地点、一个特别的观测瞬间。我们的所见，包括那些进入我们眼帘的所有光子，无论它们的发源地是远是近。如果物理学果真构筑于相对关系之上，那么这些光子将构成一个特定事件的内在现实，即你在某个特定时间和空间仰望夜空这件事。但是，全同关系的同一性声称，观测者若从宇宙历史中的任意一个事件出发，他可能看到的宇宙将是唯一的。假设有群外星人在你入睡后绑架了你，把你送进他们的时间机器中。醒来后你发现自己离家有几个星系的距离。你可以环顾四周，将自己的所见做成地图，并由此准确地判断自己的位置。至少原则上你可以这样做。你或许还能更进一步地准确判断出自己是在什么时间被传送过来的。
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