如何测试我们是否生活在计算机模拟中

我们怎么可能知道？

梅尔文·沃普森，朴茨茅斯大学

客座作者

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长期以来，物理学家一直在努力解释为什么宇宙一开始就有适合生命进化的条件。为什么物理定律和常数采用非常具体的值来允许恒星、行星和最终生命的发展？例如，宇宙的膨胀力（例如暗能量）比理论所暗示的要弱得多——它允许物质聚集在一起而不是被撕裂。

一个常见的答案是，我们生活在一个无限的多元宇宙中，所以我们不应该对至少一个宇宙成为我们的宇宙感到惊讶。但另一个问题是，我们的宇宙是一个计算机模拟，有人（可能是先进的外星物种）对条件进行微调。

后一种选择得到了称为信息物理学的科学分支的支持，该分支表明时空和物质不是基本现象。相反，物理现实从根本上来说是由一些信息组成的，我们的时空体验就是从这些信息中产生的。相比之下，温度是从原子的集体运动中“产生”的。根本上没有任何一个原子具有温度。

这导致了一种非凡的可能性：我们的整个宇宙实际上可能是计算机模拟的。这个想法并不新鲜。 1989 年，传奇物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒 (John Archibald Wheeler) 提出，宇宙本质上是数学的，可以看作是从信息中产生的。他创造了著名的格言“it from bit”。

2003年，英国牛津大学的哲学家尼克·博斯特罗姆提出了他的模拟假设。这表明我们实际上很可能生活在模拟中。这是因为先进的文明应该达到这样的程度：他们的技术非常复杂，以至于模拟与现实无法区分，并且参与者不会意识到他们处于模拟中。

美国麻省理工学院的物理学家塞斯·劳埃德 (Seth Lloyd) 将模拟假设提升到了一个新的水平，他提出整个宇宙可能是一台巨型量子计算机。
2016 年，商业巨头埃隆·马斯克 (Elon Musk) 得出结论：“我们最可能在模拟中”（参见上面的视频）。

经验证据

有一些证据表明，我们的物理现实可能是模拟的虚拟现实，而不是独立于观察者而存在的客观世界。

任何虚拟现实世界都将基于信息处理。这意味着一切最终都会被数字化或像素化到无法进一步细分的最小尺寸：位。根据量子力学理论，这似乎模仿了我们的现实，量子力学统治着原子和粒子的世界。它指出存在一个最小的、离散的能量、长度和时间单位。同样，构成宇宙中所有可见物质的基本粒子是物质的最小单位。简而言之，我们的世界是像素化的。

支配宇宙中一切的物理定律也类似于模拟在执行程序时遵循的计算机代码行。此外，数学方程、数字和几何图案无处不在——世界似乎完全是数学的。

支持模拟假设的物理学中的另一个好奇心是我们宇宙中的最大速度限制，即光速。在虚拟现实中，该限制对应于处理器的速度限制或处理能力限制。我们知道，过载的处理器会减慢模拟中的计算机处理速度。同样，阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论表明，黑洞附近的时间会变慢。

也许模拟假设最支持的证据来自量子力学。这表明自然不是“真实的”：处于确定状态（例如特定位置）的粒子似乎不存在，除非您实际观察或测量它们。相反，它们同时处于不同状态的混合状态。同样，虚拟现实需要观察者或程序员来让事情发生。

量子“纠缠”还允许两个粒子神奇地连接在一起，这样，如果你操纵一个粒子，你就会立即自动操纵另一个粒子，无论它们相距多远——其效果似乎比光速还要快，这应该是不可能。

然而，这也可以通过以下事实来解释：在虚拟现实代码中，所有“位置”（点）距离中央处理器的距离应该大致相等。因此，虽然我们可能认为两个粒子相距数百万光年，但如果它们是在模拟中创建的，则事实并非如此。

可能的实验

假设宇宙确实是一个模拟，那么我们可以在模拟中部署什么样的实验来证明这一点？

可以合理地假设，模拟宇宙将包含我们周围各处的大量信息位。这些信息位代表代码本身。因此，检测这些信息位将证明模拟假设。最近提出的质量-能量-信息（M/E/I）等效原理（建议质量可以表示为能量或信息，反之亦然）指出信息位必须具有较小的质量。这给了我们一些可以寻找的东西。

我假设信息实际上是宇宙中物质的第五种形式。我什至计算了每个基本粒子的预期信息内容。这些研究导致 2022 年发布了一项实验方案来测试这些预测。该实验涉及通过让基本粒子及其反粒子（所有粒子都有相同但具有相反电荷的“反”版本）在能量闪光中湮灭，发射“光子”或光粒子，从而擦除基本粒子内部包含的信息。

我根据信息物理学预测了所得光子的预期频率的确切范围。使用我们现有的工具可以很好地实现该实验，并且我们已经推出了一个众筹网站）来实现它。

还有其他方法。已故物理学家约翰·巴罗（John Barrow）认为，模拟会产生微小的计算错误，程序员需要修复这些错误才能继续进行。他认为，我们可能会经历这样的固定：矛盾的实验结果突然出现，例如自然常数的变化。因此，监视这些常量的值是另一种选择。

我们现实的本质是最大的谜团之一。我们越认真地对待模拟假设，有一天我们证明或反驳它的机会就越大。

Melvin M. Vopson，物理学高级讲师，朴茨茅斯大学

本文是根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布的。阅读原文。