我們生活在模擬中嗎？機會約為50–50

在討論物理定律時，喜劇演員通常不會給天體物理學家帶來顛簸。但是喜劇演員恰克尼斯（Chuck Nice）在最近播客的星際對話（StarTalk）中做到了 。 該節目的主持人尼爾·戴格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）剛剛解釋了模擬的論點，即我們可以是生活在計算機模擬中的虛擬生物。如果是這樣，則模擬很可能會按需創建對現實的感知，而不是一直模擬所有現實，這很像視頻遊戲，優化後的效果只是使場景的一部分對玩家可見。節目的共同主持人尼斯說："也許這就是為什麼我們不能以比光速快的速度行進，因為如果可以的話，我們將能夠到達另一個星系。" 天體物理學家 高興地說道："在對其進行編程之前，" "所以程式設計師設置了這個限制。"

這樣的對話似乎很輕鬆。但是自從牛津大學的尼克·博斯特羅姆（Nick Bostrom）於2003年撰寫關於模擬論證的 開創性論文以來，哲學家，物理學家，技術人員，以及，是的，喜劇演員一直在努力將我們的現實當作模擬物。有些人試圖確定辨別我們是被模擬的人的方式。其他人試圖計算我們成為虛擬實體的機會。現在，一項新的分析表明，我們生活在基本現實中（即未經模擬的存在）的機率幾乎相等。但是該研究還表明，如果人類要發展出模擬有意識生物的能力，那麼成為他人計算機內部的虛擬居民的機會也將以壓倒性的優勢對我們有利。（該結論的警告是，關於"意識"一詞的含義幾乎沒有共識，更不用說如何模擬它了。）

在2003年，博斯特倫（Bostrom）設想了一種技術嫻熟的文明，它具有巨大的計算能力，並且需要一部分能力來模擬有意識的存在的新現實。在這種情況下，他的模擬論據表明，在以下三難困境中至少有一個命題是正確的：首先，人類幾乎總是在達到對模擬的了解之前就已經滅絕。其次，即使人類達到了那個階段，他們也不大可能對模擬自己的祖先過去感興趣。第三，我們生活在模擬中的可能性接近於一。

在Bostrom之前，電影 《黑客帝國》 已經發揮了其作用，以普及模擬現實的概念。從柏拉圖的山洞寓言 到莊周的 蝴蝶夢，這個想法深深紮根於西方和東方的哲學傳統 。最近，埃隆·馬斯克（Elon Musk）進一步支持了我們的現實是模擬的概念："我們處於基本現實中的機率是十億分之一，"他在2016年的一次會議上說。

哥倫比亞大學的天文學家戴維•基平（David Kipping）表示："如果假設（命題）三個難題中的一個和兩個都是錯誤的，那麼麝香是對的 。" "你怎麼能假設呢？"

為了更好地處理Bostrom的模擬論證，Kipping決定求助於貝葉斯推理。這種分析使用貝葉斯定理，該定理以18世紀英國統計學家和部長託馬斯·貝葉斯（Thomas Bayes）的名字命名。貝葉斯分析允許通過首先對要分析的事物進行假設（將其分配為"先驗"概率）來計算某件事發生的機率（稱為"後驗"概率）。

晉級始於將兩難困境變為兩難困境。他將第一個和第二個命題摺疊成一個陳述，因為在這兩種情況下，最終結果都是沒有模擬。因此，兩難選擇使物理假設（沒有模擬）與模擬假設（存在基本現實，並且也存在模擬）相對。Kipping說："您只需為每個模型分配先驗概率即可。" "我們只是假設冷漠原則，當您沒有任何數據或任何一種傾向時，這就是默認假設。"

因此，每個假設獲得的先驗概率為一半，就好比是要擲硬幣決定下注一樣。

分析的下一階段需要考慮"相似的"現實（可以生成其他現實的現實）和"非現實"的現實（無法模擬後代現實的現實）。如果物理假設是正確的，那麼我們生活在零空間宇宙中的概率將很容易計算：100％。然後Kipping表明，即使在模擬假設中，大多數模擬現實也將是零散的。這是因為隨著模擬產生更多的模擬，每個後代可用的計算資源逐漸減少，以至於絕大多數現實將是那些不具備模擬能夠承載有意識生物的後代現實所需的計算能力的現實。

將所有這些都插入貝葉斯公式中，就得出了答案：我們生活在基本現實中的後驗概率與我們在模擬中的後驗概率幾乎相同，機率傾向於基本現實，而概率只有一個斯米德根。

如果人類在其中有意識的存在的情況下創建了模擬，則這些概率將發生巨大變化，因為這樣的事件將改變我們先前分配給物理假設的機會。"您可以立即排除[假設]。這樣就只剩下模擬假設了，" Kipping說。"根據這些計算，當我們發明這項技術的那一天，它使我們將​真實存在的機率從優於真實的50–50轉變為幾乎可以肯定的不是真實的。那天我們天才的慶祝會很奇怪。"

Kipping分析的結果是，根據目前的證據，馬斯克對於他歸因於我們生活在基本現實中的十億分之一賠率是錯誤的。Bostrom對此結果表示贊同，但有一些警告。他說："這與模擬論證沒有衝突，模擬論證僅斷言了析取。"認為三難的三個命題之一是正確的。

但是Bostrom拒絕了Kipping的選擇，即在分析開始時將相等的先驗概率分配給物理和模擬假設。他說："在這裡援引冷漠原則是很不穩定的。" "一個人同樣可以在我最初的三個選擇中調用它，然後每個選擇都會給他們三分之一的機會。否則，人們可能會以其他方式擴大可能性空間，並希望得到任何結果。"

這種說法是有效的，因為沒有證據支持一項要求高於其他要求。如果我們能找到模擬的證據，那情況將會改變。那麼您能檢測出矩陣中的故障嗎？

加州理工學院計算數學專家侯曼·奧瓦迪（Houman Owhadi）考慮了這個問題。他說："如果模擬具有無限的計算能力，那麼您將無法看到自己生活在虛擬實境中，因為它可以根據您想要的真實程度來計算您想要的任何東西。" "如果能夠檢測到該事物，則必須從其具有有限的計算資源的原則開始。" 再想一想視頻遊戲，其中許多遊戲都依靠聰明的編程來最小化構建虛擬世界所需的計算。

對於Owhadi而言，尋找由此類計算結徑所產生的潛在悖論的最有前途的方法是通過量子物理實驗。量子系統可以存在於狀態的疊加中，並且這種疊加由稱為波函數的數學抽象來描述。在標準量子力學中，觀察行為使該波函數隨機塌陷為許多可能狀態之一。物理學家對於崩潰的過程是真實的還是僅僅反映了我們對系統知識的改變持不同意見。Owhadi說："如果僅僅是純模擬，就不會崩潰。" "一切都取決於您的決定。其餘的只是模擬，就像您在玩這些視頻遊戲時一樣。"

為此，Owhadi和他的同事們 研究了雙縫實驗的五個概念變體，每個變體旨在進行一次模擬。但是他承認，目前尚無法知道這種實驗是否可行。"那五個實驗僅僅是個推測，"奧瓦迪說。

佐雷·達沃迪（Zohreh Davoudi）馬裡蘭大學學院公園分校的物理學家也接受了這樣的想法，即使用有限的計算資源進行的仿真可以展現自己。她的工作重點是強大的相互作用或強大的核力量-自然的四個基本力量之一。描述強相互作用的方程將夸克結合在一起，形成質子和中子，但這些方程是如此複雜，以至於無法通過解析來求解。為了理解強相互作用，物理學家被迫進行數值模擬。而且，與任何假定的具有超強計算能力的超文明不同，它們必須依靠快捷方式才能使這些模擬在計算上可行-通常是通過考慮時空是離散的而不是連續的。

"自然地，您開始問，如果您今天模擬一個原子核，也許是十年後，我們可以做一個更大的核；也許在20或30年後，我們就可以製造一個分子。"達沃迪說。"在50年內，誰知道呢，也許您可​​以做幾英寸大小的事情。也許在100年左右的時間裡，我們就可以做[人]腦。"

達沃迪（Davoudi）認為，傳統計算機很快就會陷入困境。她說："在未來的10到20年中，我們將真正看到經典的物理系統模擬的極限。" 因此，她將目光投向了量子計算，量子計算依靠疊加和其他量子效應來解決某些難以解決的計算問題，而這是經典方法無法實現的。達沃迪說："如果量子計算真正實現，就我們而言，這是一個大規模，可靠的計算選擇，那麼我們將進入一個完全不同的仿真時代。" "如果我擁有一臺可行的量子計算機，我將開始考慮如何進行強相互作用物理和原子核的仿真。"

所有這些因素導致Davoudi推測了模擬假設。如果我們的現實是仿真，那麼仿真器也可能會將時空離散化以節省計算資源（當然，假設它使用與我們的物理學家相同的機制進行仿真）。在高能宇宙射線到達的方向上可以潛在地看到這種離散時空的特徵：由於所謂的旋轉對稱性的破壞，它們在天空中將具有優先的方向。

達沃迪說，望遠鏡"還沒有觀察到與旋轉不變性有關的任何偏差"。即使可以看到這種效果，也不會構成我們生活在模擬中的明確證據。基礎現實本身可能具有相似的屬性。

儘管有自己的研究，但Kipping擔心在模擬假說上的進一步工作還很薄。他說："對於我們是否生活在仿真之中，可以說是不可測的。" "如果它不能被證偽，那麼你怎麼能說它確實是科學呢？"

對他來說，有一個更明顯的答案： 奧卡姆剃刀，它說在沒有其他證據的情況下，最簡單的解釋很可能是正確的。模擬假設很複雜，假設現實嵌套在現實之上，並且模擬實體永遠無法說出它們在模擬內部。Kipping說："由於奧卡姆（Occam）的剃鬚刀首先是這樣一個過於複雜，精心設計的模型，因此與簡單的自然解釋相比，它確實不受歡迎。"

也許畢竟我們生活在基本現實中， 儘管存在矩陣，麝香和怪異的量子物理學。

Anil Ananthaswamy是《物理學的邊緣》（The Edge of Physics）的作者，而《不存在的男人》 以及最近 一次通過兩扇門 ：捕捉我們量子現實之謎的優雅實驗。