财经 房产 娱乐 地方 美食
首页 » 科技

我们所在的宇宙 究竟是不是被计算机模拟出来的?

2021-11-24 10:43:35
A+ A-

2016年,纽约的美国自然历史博物馆举办了一场辩论会。四位物理学家以及一位哲学家花了2个小时讨论:我们所知的这个现实世界有没有可能是被模拟出来的。如果这是真的,那我们就都是虚拟人物,生活在一个电脑创造的世界里。

访问:

阿里云11.11上云狂欢节活动大厅

如果不深究细节的话,这个猜想也许还意味着此时此刻我们的宇宙,或者至少是我们这个宇宙的源头,是从其他地方被渲染出来的——而那里才是真正的“现实世界”。

这早就不是什么新鲜概念了,但是在纽约进行的那场辩论提出的某些观点的确是令人信服的,而且多个学术期刊都提到了这场辩论。

当然了,如果你认为这一假说根本就是无稽之谈——我(原作者,下同)认为你可能会觉得这个论述过程相当刺激。

在那次辩论的最后,主持人向参与讨论的5位学者提问,要求他们回答“我们生活在一个虚拟宇宙的可能性有多大。”最高的概率数字来自这组专家中的那位哲学家,纽约大学的大卫·查默斯(David Chalmers),他淡淡地说:“42%。”这是一个出自《银河系漫游指南》的梗。

而来自麻省理工学院的物理学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)则认为这个概率是17%。

目前在布朗大学任职的吉姆·盖茨(Jim Gates)则认为这个概率只有1%而已。

来自哈佛大学的丽莎·兰德尔(Lisa Randall)在辩论中提出,她很诧异怎么会有人认为“虚拟宇宙假说”很有趣,而她给出的概率是百分之零。

对此主持人不为所动,而且他表示自己怀疑这个可能性“也许非常高”。

这组专家中唯一没有给出任何概率数字的人是佐雷·达沃迪(Zohreh Davoudi),一位目前任职于马里兰大学的理论物理学家,她说:“我无法给你一个数字,对此我还没有任何答案。”

达沃迪的研究领域属于物理学的一个分支,通过研究分析最小的物质来理解自然法则。我们如今已经知道周围的事物都具备各自的特征,但为什么会这样呢?基本粒子是怎样在一切物质之中进行相互作用的呢?它们是怎样受到基本自然法则影响的呢(比如重力、原子内部的“强大作用力”)?它们又是如何预测星系与黑洞的动向的呢?不仅如此,它们是怎样在大脑中引发那些化学反应的,又是怎样促成大脑左右你我生活的呢?想搞清楚这些问题,有一种研究方法就是在电脑中模拟上述过程。

达沃迪和她的同事就在做这样的工作,他们使用超级计算机模拟基本粒子在三维空间里的运动。由于即使最强大的超级计算机也有其局限性,因此他们只能模拟非常小的宇宙——仅仅是亚原子级别的规模,但这样的研究是一个开始。未来还会出现更强大的计算机——包括性能更好的量子计算机,它们可以模拟出的宇宙规模将会越来越大。

2012年,达沃迪和她的两位来自华盛顿大学的同事在一篇论文中表示,他们模拟的宇宙是存在瑕疵的,这种瑕疵来自于计算机有限的运算能力——而且这一类型的问题也会出现在规模更大的模拟运算中。在论文中他们特别写道,如果使用程序模拟时间与空间,那么应该可以在被模拟的宇宙中找到一种“底层的立方体或格子结构”。

既然如此,任何对虚拟宇宙假说感兴趣的人都应该致力于在我们的宇宙中寻找类似的瑕疵。我们观察到的哪些现象可以表明这个模拟程序正在试图节省计算机资源呢?

对此达沃迪和同事们指出,上述特征可能会在某些特定的宇宙射线中被发现。这些是蕴藏巨大能量的高能粒子,而且在宇宙中飞速扩散。研究这些粒子的难度很大,因为相对来说,在地球大气层以内极少能观测到它们。另外,这些粒子所拥有的能量又远远超过科学家们利用大型粒子对撞机能为粒子创造的能量。但是,如果科学家可以测量足够多的这种高能粒子,我们就有可能推算它们的起源。它们是全部向着每一个方向进行传播的吗?或者,它们最初是从某些源头传播开的吗?

如果事实证明这些粒子的传播符合后者所描述的情形,达沃迪表示,“这也许意味着底层的时空具备某种几何形状,”这与她的虚拟宇宙极为相似。不仅如此,这一点还在物理界引发了一个长期争论,空间与时间是否是连续的?即使在最小范围内的宇宙中也是连续的吗?另外,空间与时间是否是由离散而微小的颗粒组成的?如果此处你想联系虚拟宇宙假说,那么打个比方,这个问题就是在问——时间与空间是像素化的吗?

如果宇宙射线的确具备达沃迪提出的特征,它们将为我们打开新的大门,揭示空间与时间的本质。但这些新知并不一定就意味着宇宙就是被虚拟出来的。“其他科学家对此也许有完全不同的解读,”达沃迪如是说,“这也许只是一系列研究的崭新起点。”

达沃迪目前对于虚拟宇宙假说的真伪非常不确定。她本人已经在模拟一部分微小宇宙的研究中取得了进展,因此她也乐于接受假说中的可能性:一个更高级的智慧文明,以及拥有极强运算能力的电脑,他们也许可以成功模拟出整个宇宙。

这就是她与同事写出那篇2012年论文的原因,因为他们认为虚拟宇宙假说值得被科学家严肃地对待。她还指出,在那些突然出现又转瞬消失的基本粒子的维度上,即使没有一个外部的代理程序给宇宙进行编程,我们的宇宙至少自身就在进行一些我们认为属于或类似于计算的事情。

想要从宇宙射线中收集到足够多的数据,或者期望从宇宙中其他方面收集到任何可以算作虚拟宇宙假说证据的东西——这些工作可能需要几十年、也许几个世纪才能完成。达沃迪提出,在这个过程中过度依赖这一假说是不明智的。

1993年,剑桥大学计算机科学家约翰·道格曼(John Daugman)在论文中表示,在历史长河中,大脑被拿来和那些过去的前沿科技相提并论,比如喷泉、水泵、钟表、蒸汽机、液压机以及电路。这些技术用人们可以理解的机械化的术语来描述现实世界,而每一种描述自然的公式化理念都反过来限制了人们的想象。

当时道格曼注意到了人们尝试使用计算机来描述认知,他认为这一趋势意味着历史再次上演了。他写道:“每一种新科技都像过去的技术一样,它们出现时都被人们热情地比喻为‘新纪元的开始’,不过别忘了,当这些技术最初似乎是象征着自由、解放登上历史舞台,但它们也可以像监狱一般束缚住人们的思想。”

道格曼最近告诉我,在虚拟宇宙假说及其影响中,相似的模式又出现了。他还说:“在当今的情况下,虚拟现实已经变成一种被神化了的隐喻。”

如果虚拟宇宙假说只是一个被泛滥引用的隐喻,那么仍然有待揭开神秘面纱的那个关于宇宙本质的终极解释也许要比该假说更奇怪,也更奇妙。小西尔维斯特·詹姆斯·盖茨(Sylvester James Gates Jr.)有一个设想,暗示了这种可能性的存在。

在2016年那场纽约辩论的舞台上,盖茨几乎否认了虚拟宇宙假说的可能性(他认为其概率只有1%),但是他在这次讨论会一开始的某些发言似乎有着截然不同的暗示。他说自己已经在物理方程中找到了“自动纠错代码”。

错误检测与纠正是计算机科学中关于通信的一个重要原则。它可以让计算机即使在出现微小故障的时候也能有效地传达信息,哪怕这些小故障会把最基本的二进制信息从零误传为一,或者从一误传为零。

在那次辩论中,盖茨告诉观众:“正是自动纠错代码让我们的浏览器可以正常工作。那么这类“代码”为什么会出现在我所研究的物理方程式之中呢?”对此,盖茨并不是唯一感到疑惑的人。其他研究人员也在量子力学的方程中发现了类似的属性。这到底是为什么呢?

盖茨很不愿意进行这样的讨论,因为他已经听腻了虚拟宇宙假说。好在当我给他打电话的时候,他还是很乐于交流的。

物理学家通过方程来描述他们观察到的自然法则,比如常见的质能方程,或者“力=质量×加速度”。而其他的方程就要复杂得多。

一位即兴演奏的音乐家可以加快节奏演奏该作品,或者变换大调、小调进行演奏。同理,一位物理学家可以改变方程,计算某些特定前提下可能会发生的事情,比如,如果在某些前提下电子出现了一些新的特性,而且不同于我们以往对电子的假定。

盖茨的研究领域是超对称,即推测每一个基本粒子都拥有一个相对应的粒子,而这个相对应的粒子可以解释我们在宇宙中发现的许多奇怪的现象。顺带一提,目前并没有证据可以证明这些相对应的粒子确实存在。

盖茨介绍说,在有关超对称的探索工作中,把一些事物表示为非一即零的形式非常便于研究。关键在于,如果你真的用这种方式表示一些事物,那么盖茨研究的方程式成立的唯一条件就是这些被表示为一或零的物体中包含额外的信息:某种纠错的信息序列。

别忘了,上述现象出现于那些也许能描述现实世界的方程式之中,而现实世界本身与这些来自现实的方程式之间还是有很大差异的。不过眼下我们不妨假设,在未来一些科学观测会显示这些代码的确可以正确反映某个方面的宇宙。毕竟,提出猜想与发现其证据之间可以相隔很多年,比如一个先例就是爱因斯坦在1916年预测了引力波的存在,直到2015年人们才探测到了它。

盖茨认为这些也许标志着我们的宇宙正在……进化。也许有这样一种可能,在宇宙形成之初,出现了一些具备一系列数学特征的宇宙,但是这些宇宙并没有延续至今。我们的宇宙之所以延续下来了,是因为某些反馈机制(比如纠错代码)给我们的宇宙提供了稳定性。

要知道,反馈机制也在维系生物系统的运转——今天的科学家仍然在研究这些反馈机制是如何保持DNA的协调性的。如果我们的宇宙真的拥有某种机制可以传播自身的稳定性,我们也大可不必感到惊讶。

先别急着下结论。在计算机通信中,纠错功能即使在有噪音(即一些随机出现的问题,可能导致0误传为1)的情况下也能保证信息流的完整性。那么在宇宙中,相应的噪音是什么呢?

“我知道一个也许能作为解释的答案,”盖茨说,“这被称为虚假真空衰减。”

上世纪60年代出现的方程式预言了基本粒子的存在,并将其称为希格斯玻色子,该粒子于2012年被观测到。而且这些方程式也表明“整个宇宙有可能突然消失。”如果这一预测是真的,那么超对称方程中存在的纠错代码也许表明“宇宙历经了某种过程,其结果就是宇宙可以保护自身免于衰减”。

那么这个假说究竟是真是假?这恐怕需要在科学家们能真正解开宇宙的本质与奥秘之后,才能回答了。

责任编辑:bH_03327

关键词: 科学探索 我们所在的宇宙 究竟是不是被计算机模拟出来的

点击查看全文(剩余0%)

相关新闻