我們所在的宇宙,究竟是不是被計算機模擬出來的?

2021年11月24日09:50

  2016年,紐約的美國自然歷史博物館舉辦了一場辯論會。四位物理學家以及一位哲學家花了2個小時討論:我們所知的這個現實世界有沒有可能是被模擬出來的。

  如果這是真的,那我們就都是虛擬人物,生活在一個電腦創造的世界里。

  如果不深究細節的話,這個猜想也許還意味著此時此刻我們的宇宙,或者至少是我們這個宇宙的源頭,是從其他地方被渲染出來的——而那裡才是真正的“現實世界”。

  這早就不是什麼新鮮概念了,但是在紐約進行的那場辯論提出的某些觀點的確是令人信服的,而且多個學術期刊都提到了這場辯論。

  當然了,如果你認為這一假說根本就是無稽之談——我(原作者,下同)認為你可能會覺得這個論述過程相當刺激。

  在那次辯論的最後,主持人向參與討論的5位學者提問,要求他們回答“我們生活在一個虛擬宇宙的可能性有多大。”最高的概率數字來自這組專家中的那位哲學家,紐約大學的大衛·查默斯(David Chalmers),他淡淡地說:“42%。”這是一個出自《銀河系漫遊指南》的梗。

  而來自麻省理工學院的物理學家馬克斯·泰格馬克(Max Tegmark)則認為這個概率是17%。

  目前在布朗大學任職的吉姆·蓋茨(Jim Gates)則認為這個概率只有1%而已。

  來自哈佛大學的麗莎·蘭德爾(Lisa Randall)在辯論中提出,她很詫異怎麼會有人認為“虛擬宇宙假說”很有趣,而她給出的概率是百分之零。

  對此主持人不為所動,而且他表示自己懷疑這個可能性“也許非常高”。

  這組專家中唯一沒有給出任何概率數字的人是佐雷·達沃迪(Zohreh Davoudi),一位目前任職於馬里蘭大學的理論物理學家,她說:“我無法給你一個數字,對此我還沒有任何答案。”

  達沃迪的研究領域屬於物理學的一個分支,通過研究分析最小的物質來理解自然法則。我們如今已經知道周圍的事物都具備各自的特徵,但為什麼會這樣呢?基本粒子是怎樣在一切物質之中進行相互作用的呢?它們是怎樣受到基本自然法則影響的呢(比如重力、原子內部的“強大作用力”)?它們又是如何預測星系與黑洞的動向的呢?不僅如此,它們是怎樣在大腦中引發那些化學反應的,又是怎樣促成大腦左右你我生活的呢?想搞清楚這些問題,有一種研究方法就是在電腦中模擬上述過程。

  達沃迪和她的同事就在做這樣的工作,他們使用超級計算機模擬基本粒子在三維空間里的運動。由於即使最強大的超級計算機也有其局限性,因此他們只能模擬非常小的宇宙——僅僅是亞原子級別的規模,但這樣的研究是一個開始。未來還會出現更強大的計算機——包括性能更好的量子計算機,它們可以模擬出的宇宙規模將會越來越大。

  2012年,達沃迪和她的兩位來自華盛頓大學的同事在一篇論文中表示,他們模擬的宇宙是存在瑕疵的,這種瑕疵來自於計算機有限的運算能力——而且這一類型的問題也會出現在規模更大的模擬運算中。在論文中他們特別寫道,如果使用程式模擬時間與空間,那麼應該可以在被模擬的宇宙中找到一種“底層的立方體或格子結構”。

  既然如此,任何對虛擬宇宙假說感興趣的人都應該致力於在我們的宇宙中尋找類似的瑕疵。我們觀察到的哪些現象可以表明這個模擬程式正在試圖節省計算機資源呢?

  對此達沃迪和同事們指出,上述特徵可能會在某些特定的宇宙射線中被發現。這些是蘊藏巨大能量的高能粒子,而且在宇宙中飛速擴散。研究這些粒子的難度很大,因為相對來說,在地球大氣層以內極少能觀測到它們。另外,這些粒子所擁有的能量又遠遠超過科學家們利用大型粒子對撞機能為粒子創造的能量。但是,如果科學家可以測量足夠多的這種高能粒子,我們就有可能推算它們的起源。它們是全部向著每一個方向進行傳播的嗎?或者,它們最初是從某些源頭傳播開的嗎?

  如果事實證明這些粒子的傳播符合後者所描述的情形,達沃迪表示,“這也許意味著底層的時空具備某種幾何形狀,”這與她的虛擬宇宙極為相似。不僅如此,這一點還在物理界引發了一個長期爭論,空間與時間是否是連續的?即使在最小範圍內的宇宙中也是連續的嗎?另外,空間與時間是否是由離散而微小的顆粒組成的?如果此處你想聯繫虛擬宇宙假說,那麼打個比方,這個問題就是在問——時間與空間是像素化的嗎?

  如果宇宙射線的確具備達沃迪提出的特徵,它們將為我們打開新的大門,揭示空間與時間的本質。但這些新知並不一定就意味著宇宙就是被虛擬出來的。“其他科學家對此也許有完全不同的解讀,”達沃迪如是說,“這也許只是一系列研究的嶄新起點。”

  達沃迪目前對於虛擬宇宙假說的真偽非常不確定。她本人已經在模擬一部分微小宇宙的研究中取得了進展,因此她也樂於接受假說中的可能性:一個更高級的智慧文明,以及擁有極強運算能力的電腦,他們也許可以成功模擬出整個宇宙。

  這就是她與同事寫出那篇2012年論文的原因,因為他們認為虛擬宇宙假說值得被科學家嚴肅地對待。她還指出,在那些突然出現又轉瞬消失的基本粒子的維度上,即使沒有一個外部的代理程式給宇宙進行編程,我們的宇宙至少自身就在進行一些我們認為屬於或類似於計算的事情。

  想要從宇宙射線中收集到足夠多的數據,或者期望從宇宙中其他方面收集到任何可以算作虛擬宇宙假說證據的東西——這些工作可能需要幾十年、也許幾個世紀才能完成。達沃迪提出,在這個過程中過度依賴這一假說是不明智的。

  1993年,劍橋大學計算機科學家約翰·道格曼(John Daugman)在論文中表示,在歷史長河中,大腦被拿來和那些過去的前沿科技相提並論,比如噴泉、水泵、鍾表、蒸汽機、液壓機以及電路。這些技術用人們可以理解的機械化的術語來描述現實世界,而每一種描述自然的公式化理念都反過來限制了人們的想像。

  當時道格曼注意到了人們嚐試使用計算機來描述認知,他認為這一趨勢意味著歷史再次上演了。他寫道:“每一種新科技都像過去的技術一樣,它們出現時都被人們熱情地比喻為‘新紀元的開始’,不過別忘了,當這些技術最初似乎是象徵著自由、解放登上歷史舞台,但它們也可以像監獄一般束縛住人們的思想。”

  道格曼最近告訴我,在虛擬宇宙假說及其影響中,相似的模式又出現了。他還說:“在當今的情況下,虛擬現實已經變成一種被神化了的隱喻。”

  如果虛擬宇宙假說只是一個被氾濫引用的隱喻,那麼仍然有待揭開神秘面紗的那個關於宇宙本質的終極解釋也許要比該假說更奇怪,也更奇妙。小西爾維斯特·詹姆斯·蓋茨(Sylvester James Gates Jr。)有一個設想,暗示了這種可能性的存在。

  在2016年那場紐約辯論的舞台上,蓋茨幾乎否認了虛擬宇宙假說的可能性(他認為其概率只有1%),但是他在這次討論會一開始的某些發言似乎有著截然不同的暗示。他說自己已經在物理方程中找到了“自動糾錯代碼”。

  錯誤檢測與糾正是計算機科學中關於通信的一個重要原則。它可以讓計算機即使在出現微小故障的時候也能有效地傳達信息,哪怕這些小故障會把最基本的二進製信息從零誤傳為一,或者從一誤傳為零。

  在那次辯論中,蓋茨告訴觀眾:“正是自動糾錯代碼讓我們的瀏覽器可以正常工作。那麼這類“代碼”為什麼會出現在我所研究的物理方程式之中呢?”對此,蓋茨並不是唯一感到疑惑的人。其他研究人員也在量子力學的方程中發現了類似的屬性。這到底是為什麼呢?

  蓋茨很不願意進行這樣的討論,因為他已經聽膩了虛擬宇宙假說。好在當我給他打電話的時候,他還是很樂於交流的。

  物理學家通過方程來描述他們觀察到的自然法則,比如常見的質能方程,或者“力=質量×加速度”。而其他的方程就要複雜得多。

  一位即興演奏的音樂家可以加快節奏演奏該作品,或者變換大調、小調進行演奏。同理,一位物理學家可以改變方程,計算某些特定前提下可能會發生的事情,比如,如果在某些前提下電子出現了一些新的特性,而且不同於我們以往對電子的假定。

  蓋茨的研究領域是超對稱,即推測每一個基本粒子都擁有一個相對應的粒子,而這個相對應的粒子可以解釋我們在宇宙中發現的許多奇怪的現象。順帶一提,目前並沒有證據可以證明這些相對應的粒子確實存在。

  蓋茨介紹說,在有關超對稱的探索工作中,把一些事物表示為非一即零的形式非常便於研究。關鍵在於,如果你真的用這種方式表示一些事物,那麼蓋茨研究的方程式成立的唯一條件就是這些被表示為一或零的物體中包含額外的信息:某種糾錯的信息序列。

  別忘了,上述現象出現於那些也許能描述現實世界的方程式之中,而現實世界本身與這些來自現實的方程式之間還是有很大差異的。不過眼下我們不妨假設,在未來一些科學觀測會顯示這些代碼的確可以正確反映某個方面的宇宙。畢竟,提出猜想與發現其證據之間可以相隔很多年,比如一個先例就是愛因斯坦在1916年預測了引力波的存在,直到2015年人們才探測到了它。

  蓋茨認為這些也許標誌著我們的宇宙正在……進化。也許有這樣一種可能,在宇宙形成之初,出現了一些具備一系列數學特徵的宇宙,但是這些宇宙並沒有延續至今。我們的宇宙之所以延續下來了,是因為某些反饋機制(比如糾錯代碼)給我們的宇宙提供了穩定性。

  要知道,反饋機制也在維繫生物系統的運轉——今天的科學家仍然在研究這些反饋機制是如何保持DNA的協調性的。如果我們的宇宙真的擁有某種機制可以傳播自身的穩定性,我們也大可不必感到驚訝。

  先別急著下結論。在計算機通信中,糾錯功能即使在有噪音(即一些隨機出現的問題,可能導致0誤傳為1)的情況下也能保證信息流的完整性。那麼在宇宙中,相應的噪音是什麼呢?

  “我知道一個也許能作為解釋的答案,”蓋茨說,“這被稱為虛假真空衰減。”

  上世紀60年代出現的方程式預言了基本粒子的存在,並將其稱為希格斯玻色子,該粒子於2012年被觀測到。而且這些方程式也表明“整個宇宙有可能突然消失。”如果這一預測是真的,那麼超對稱方程中存在的糾錯代碼也許表明“宇宙曆經了某種過程,其結果就是宇宙可以保護自身免於衰減”。

  那麼這個假說究竟是真是假?這恐怕需要在科學家們能真正解開宇宙的本質與奧秘之後,才能回答了。

  來源:利維坦(ID:liweitan2014)

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