宇宙存在着一个基本的规律，熵增定律，熵增定律告诉我们，温度只能由高温物体向低温物体传递，孤立系统内部的有序性只能自发降低，逐渐从有序走向无序，而这个过程是不可逆的。
无论是在宏观尺度之下，还是在微观尺度之下，熵增定律都是起作用的。在宏观尺度上，宇宙就是一个从有序走向无序的典型例子，在宇宙诞生之前，物质全部集中于一个密度无限大体积无限小的奇点之中，此时是有序的终极形态，随着大爆炸的发生，物质逐步扩散，熵值增加，有序度降低，宇宙走向冷却。在我们的身边，熵值的自然增加，每时每刻都在发生着。我们不小心打破的玻璃杯，就是一个从有序走向无序的好例子，而且即使我们不去打破它，就把它放在那里，天长日久，总有一天，它也会自己碎成一堆渣滓。从有序走向无序是一种必然，而从无序走向有序却没有可能，一堆玻璃渣子，即使天长日久，也不可能重新组成玻璃杯，除非有外力的介入，比如我们动手去粘。
在微观尺度上，熵增定律同样不容置疑，一杯高于室温的水，最终一定会放凉，因为温度只能从高温物体向低温物体传递，而从微观视角来看，就是高速运动的热水分子将动能传递给了与之发生碰撞的空气分子，使得空气分子运动速度增加，而这些空气分子又会与其它空气分子碰撞，进一步传递动能，最终室内所有空气分子与水分子的运动速度趋于一致，温度相等。
熵增定律真的不容置疑吗？其实并不是，我们所看到的很多现象都在向熵增定律发起着挑战，首先就是宇宙。按照熵增定律，大爆炸之前的奇点是熵最低的状态，而138亿年过去了，现在我们的宇宙应该是极度均衡的高熵状态，但事实并非如此，我们的宇宙仍然极度有序，行星、恒星、星系，这一切都高度有序，宇宙也并不均衡，有些区域物质密集，而有些区域近乎于空旷。
既然孤立系统内部的熵值只能增加，那么处于相对无序状态的无机物怎么能够自发地形成有序度极高的有机物呢？而有机物又怎么能够逐步形成生命，并诞生高度秩序化的大脑呢？
我们人类的大脑无疑是一种高度有序的结构，它拥有自主意识，可以进行复杂的思考，而如此高度有序的物质竟然自发诞生于无序的物质之中，这又作何解释呢？还是让我们回到水分子与空气分子进行动能传递的问题上来，起初，动能的传递的确是单向的，运动速度更快的水分子将动能传递给空气分子，但当二者动能趋于一致之后，也就是水温与空气温度趋于一致之后，二者接触的部分依然会发生碰撞，而碰撞会产生运动速度的变化，从总体上来讲，这种变化是均衡的。
同等温度下，水分子与空气分子的碰撞是随机的，动能的传递也是随机的，所以总体上是均衡不变的。
但有没有可能在一段时间之内，这种随机性会导致空气分子的动能大量传递给水分子，使得水温高于空气温度呢？理论上是存在这种可能性的。
这类似于投掷硬币，虽然概率为50%，但连续投掷1万次正面可不可能发生？可能，但需要足够的时间长度。以人类的尺度来看，这是一件不可能的事情，但如果以宇宙的时间尺度来看，再小概率的事件都会发生。换句话来说，就是熵值存在着随机的涨落。
奥地利物理学家玻尔兹曼就提出过这样一个思想实验，既然熵存在着随机的涨落，那么在宇宙的时间和空间尺度之下，这种随机的涨落就有可能在短时间内诞生高度有序的状态，而高度有序就代表着意识。
也就是说宇宙会因熵的随机涨落而诞生意识，而如果出现连续性的随机涨落，那么则可能诞生持续性的意识，而这种因随机涨落而出现的连续性意识就被称之为玻尔兹曼大脑，简单一点来讲，玻尔兹曼大脑就代表了因熵值连续性随机涨落而诞生的孤独大脑。如果玻尔兹曼大脑这个思想实验成立的话，那么按照宇宙的时间和空间尺度来看，宇宙间存在的意识体何止万千。当然，其中大部分的意识体可能转瞬即逝，但也有很多会持续存在。不过玻尔兹曼大脑只是一个思想实验，在目前以及可预见的未来，我们都没有办法去对它进行验证。甚至于我们想用计算机来进行模拟也不可以，因为如此低概率事件已经远远超过了最先进的计算机的运算能力。
