我们是生活在矩阵里吗?

我们是否都生活在计算机模拟中?

2003年，哲学家尼克·博斯特罗姆(Nick Bostrom)提出了“模拟论证”。他们的想法是这样的:想象一个拥有巨大计算能力的超级先进文明。如果我们假设他们和我们一样渴望知识和理解他们的世界，那么他们可能会把他们的计算能力用于在他们的超级计算机中模拟整个宇宙的任务，以进行研究。事实上，他们可能会模拟许多不同的宇宙，以了解微小的变化会产生什么差异。然后，也许模拟文明也会获得运行自己模拟的能力，这样就会有模拟中的模拟，并且模拟的数量很快就会大大超过一个实际的现实。如果这是真的，那么可能存在数十亿个模拟宇宙，而真正的宇宙只有一个。所以在这种情况下，从统计学上讲，我们不太可能生活在一个真实的宇宙中!

博斯特罗姆提出以下三种选择之一几乎肯定是正确的:

1. 任何文明都不太可能获得运行高保真现实模拟所需的技术
2. 任何拥有必要技术的文明都不太可能对运行高保真模拟现实感兴趣
3. 我们很可能生活在一个模拟世界中

让我们依次看一下这些选项。首先是技术:是否真的有可能运行一个与我们的现实一样复杂的模拟?目前，我们知道有一种文明已经获得了运行有限的计算机模拟的能力:人类文明。

计算能力

由于计算机的各种不同分类，第一台计算机的发明是有问题的:第一台机械计算机是由查尔斯巴贝奇在1822年发明的，第一个真正功能的现代计算机被认为是德国康拉德Zuse在1938年发明的Z1。然而，可以肯定地说，对于人类文明的绝大多数人来说，我们现实的方方面面可以被机器模拟是不可想象的，然而就在过去的几十年里，计算能力已经大大提高了。

“从1970年到本世纪初……剑桥大学的计算机科学家亚历克斯·查德威克说，“如果飞机也能做到同样的事情，我们现在可以在28秒内从伦敦飞到纽约。”

摩尔定律指出，集成电路上可以容纳的晶体管数量大约每两年翻一番。在过去的几十年里，这种趋势一直保持得很快，导致计算机的能力和速度不断提高。这与我们每年都能生产出越来越小的晶体管有关。因此，摩尔定律必须有一个失效日期，因为晶体管的体积是有物理限制的，而这一天很快就会到来。

那么，我们是否已经达到了计算能力的物理极限?不知何故，我对此表示怀疑。生活在中世纪的人永远无法想象我们今天拥有的那种技术，就像我们无法想象一个超级先进的种族将拥有的那种技术一样。科学家们已经在探索超越摩尔定律的未来计算机的一些想法:化合物半导体、纳米磁逻辑和量子计算。

如何模拟宇宙

拥有必要的计算能力是一回事，但如何真正去模拟整个宇宙呢?今天的宇宙学家已经可以模拟宇宙的各个方面。剑桥大学的尼克·亨登使用计算机模拟来模拟星系的形成。为了建立模拟，他们告诉计算机模拟一个非常大的盒子，并将其填满粒子。“这些粒子主要代表气体和暗物质，”亨登说，“然后你应用重力等物理定律……以及其他各种对现实星系形成很重要的物理过程。”亨登说，在过去的几十年里，随着计算能力的提高，他们能够模拟的粒子数量增加，这类模拟变得更加现实。

科学家们还能够模拟人体的某些部位。牛津大学的Elisa Passini建立了人类心脏的计算机模型，以检查新药是否会对心脏产生负面影响，甚至在动物身上进行试验之前。“我们的模型是代表人类心脏细胞行为的数学方程式的总和”Passini说。

“有很多人在研究人体和生理的计算机模型，”帕西尼说，“我们的想法是，在不久的将来，我们可能会有一个完整的虚拟人，全部是模拟的。”所以我们可能很快就可以用数学方程来模拟整个人体。但是意识呢?电脑肯定不能模拟我的思想和感受吧?话说回来，如果我只是一个生物系统，那么我所有的想法和感受都只是化学反应……可以模拟。

为什么计算机模拟有用?

让我们来看看对博斯特罗姆观点的第二个考虑。假设一个超级先进的文明获得了模拟一个像我们自己一样复杂的完整现实宇宙的能力，他们为什么要这样做呢?

考虑这个问题的一个好的开始是问:如果我们有能力，我们会想要吗?对此，我要毫无疑问地回答:是的!

计算机模拟在研究中是一个非常强大的调查工具。为了理解为什么它们如此有用，让我们看一个例子:我们想改进一辆汽车的设计，使其更符合空气动力学。

为了测量汽车上的阻力，我们可以把汽车放在风洞中，测量汽车上游和下游的空气压力，并计算其差值，以获得阻力。然后我们可以使用计算机模拟来测试许多不同的设计，但首先我们需要验证模型。

为了运行模拟，我们需要告诉计算机汽车上游的空气压力，汽车的几何形状和隧道的墙壁以及要应用的物理方程。为了验证这个模型，我们看一下模拟预测的汽车下游的气压是多少，如果它与实验结果一致，那么我们就知道这个模型是可靠的。然后，我们可以对一系列汽车几何形状进行相同的模拟，以找到最佳设计。你甚至可以运行计算机算法，根据模拟结果自动调整几何形状，在没有任何人为干预的情况下寻找最佳设计。

模拟的另一个优点是，我们可以获得比实验多得多的数据点。以风洞中的汽车为例，我们只测量了汽车上游和下游的气压。但在模拟中，我们可以放大机翼后视镜周围的气流，例如，为了设计更多的空气动力学机翼后视镜。

但是为什么一个先进的种族想要在一次模拟中模拟所有的现实呢?好吧，也许这对工程师来说不是很有用，但对历史学家来说呢?如果未来的历史学家想问这样一个问题:盟军是如何赢得第二次世界大战的?也许他们会在不同的初始条件下进行很多不同的模拟，看看它们是如何影响战争结果的。也许我们生活在唯一一个盟军做了赢得战争……

总而言之，如果我们能完全模拟我们的宇宙，我们会欣然接受这个机会。但是，我们为什么要假设任何其他先进文明都会像我们一样渴望知识和理解他们的世界呢?这个假想的文明必须首先达到并远远超过我们的技术水平。如果没有对知识的渴望，我们能取得目前的技术地位吗?牛顿和爱因斯坦并没有发现万有引力定律和广义相对论，以便后代可以使用卫星导航到达他们的目的地。汤姆逊发现电子时，脑子里并没有想着用扫描电子显微镜。威廉·吉尔伯特在16世纪没有研究磁学，所以我们可以在20世纪使用磁性硬盘驱动器。我们不能假设知道是什么激发了一些假想的种族，但毫无疑问，对人类来说，好奇心会推动创新。

所以我们是生活在模拟中吗?这有什么关系吗?

博斯特罗姆的最后一个选择是，如果一个文明有可能同时拥有运行真实的整个宇宙模拟的能力和愿望，那么我们很可能就生活在其中。这纯粹是统计学上的观点。只有一个文明才有能力和愿望，让模拟现实的数量大大超过真实现实的数量，因为它们几乎肯定会运行不止一个。想想我们目前在科学和工程的所有分支中运行的不同模拟的数量，几乎每个研究生都会运行某种模拟。此外，模拟文明也可能获得运行自己的模拟现实的能力，所以如果我们生活在模拟中，我们可能会在模拟树中下降几个层次。

但这些都是无稽之谈，对吧?在一天结束的时候，你知道你不是生活在模拟中……但是你呢?你怎么知道的?剑桥大学应用数学和理论物理系(DAMTP)的约翰·巴罗(John Barrow)认为，“如果我们生活在一个模拟的现实中，我们应该预料到偶尔会出现突然的故障，假想的常数和自然法则随着时间的推移会出现小的漂移”，这样科学家就可能观察到令人困惑的不一致，因此“自然的缺陷与自然法则对于我们理解真实的现实同样重要”。

但这有关系吗?从日常生活的角度来看，我想说:不。无论我们是否生活在模拟世界中，这都是我们所拥有的现实，所以就我们而言，这也可能是真实的宇宙。