通過數學計算表明，我們生活在模擬世界中的概率是接近1

在最近一期的播客《StarTalk》中，節目主持人尼爾·戴格拉斯·泰森解釋了「模擬論證」——我們可以成為生活在計算機模擬中的虛擬人。如果是這樣的話，這種模擬很可能會根據需要創造現實的感覺，而不是一直模擬所有的現實——就像優化後的電子遊戲，只渲染玩家可見的場景的一部分。「也許這就是我們不能超過光速的原因，因為如果我們可以的話，我們就能到達另一個星系」節目的搭檔尼斯說。

這樣的對話似乎有些輕率。但自從2003年牛津大學的尼克·博斯特羅姆寫了一篇關於模擬論點的重要論文以來，哲學家、物理學家、技術專家，還有喜劇演員，一直在努力論證我們的現實是一個擬像的想法。有些人試圖找出一些方法，讓我們可以辨別自己是否是模擬生物。其他人試圖計算我們成為虛擬實體的機率。現在，一項新的分析顯示，我們生活在基本現實和生活在模擬中的可能性幾乎是均等的。但這項研究也表明，如果人類能夠發展出模仿意識生物的能力，我們成為別人電腦裡的虛擬居民的可能性也將大大提高。（這個結論需要注意的是，對於「意識」這個詞的含義，人們幾乎沒有達成一致意見，更不用說如何去模擬它了。)

• 博斯特羅姆

2003年，博斯特羅姆設想了一個科技高度發達的文明，它擁有巨大的計算能力，並且需要其中的一小部分來模擬有意識存在的新現實。在這種情況下，他的模擬論證表明，以下三難困境中至少有一個命題肯定是正確的：首先，人類幾乎總是在達到模擬悟性階段之前就已經滅絕了。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生物感興趣。第三，我們生活在模擬環境中的概率接近於1。

在博斯特羅姆之前，電影《黑客帝國》就已經在推廣模擬現實的概念上做出了自己的貢獻。從柏拉圖的洞穴寓言到莊周的蝴蝶夢，這一理念深深植根於西方和東方的哲學傳統。埃隆·馬斯克進一步推動了我們的現實是一個模擬的概念。他在2016年的一次會議上表示：「我們處在基礎現實中的機率是十億分之一。」

哥倫比亞大學的天文學家大衛·基平說：「如果你假設三難命題中有一個和兩個是錯誤的，那麼馬斯克就是對的。」

為了更好地處理博斯特羅姆的模擬論證，基平決定訴諸貝葉斯推理。這類分析使用貝葉斯定理，該定理以18世紀英國統計學家和大臣託馬斯•貝葉斯的名字命名。貝葉斯分析允許人們計算某件事發生的機率（稱為「後驗」概率），首先對被分析的事情做出假設（賦予它一個「先驗」概率）。

基平一開始就把三難困境變成了兩難的問題。他將命題1和命題2分解成一個命題，因為在這兩種情況下，最終的結果是沒有模擬。因此，這一困境使一個物理假設（沒有模擬）和模擬假設（有一個基本現實-也有模擬）對立起來。「你只需要給每一個模型分配一個先驗概率，」基平說。「我們只是假定了無差異原則，這是當你沒有任何數據或任何傾向時的默認假設。」

所以每個假設的先驗概率都是1 / 2，就像人們要拋硬幣來決定賭注一樣。

分析的下一階段需要考慮「生育」真實——能夠產生其他真實——和「未生育」真實——不能模擬後代真實。如果這個物理假設是正確的，那麼我們生活在一個空宇宙中的概率將很容易計算：它將是100%。基平隨後證明，即使在模擬假設中，大多數模擬的現實也將是無效的。這是因為當模擬產生更多的模擬時，可供每一代子孫使用的計算資源就會減少到這樣的程度：絕大多數實相將沒有必要的計算能力來模擬後代現實，而後代現實有能力託管有意識的生命。

把所有這些代入貝葉斯公式，就會得到答案：我們生活在基礎現實中的後驗概率幾乎與我們是一個模擬的後驗概率相同。

如果人類創造了虛擬世界，並且這個世界中的人具有意識，那麼這些概率將會戲劇性地改變，因為這樣的事件將會改變我們之前給物理假設分配的概率。他說：「你可以馬上排除這個（假設）。然後就只剩下模擬假設了，」基平說。「從我們發明這項技術的那天起，我們真實存在的可能性就會從一半一半到幾乎可以肯定我們不是真實存在的。

基平分析的結果是，根據目前的證據，馬斯克認為我們生活在基本現實中，這種可能性只有十億分之一，但他錯了。博斯特羅姆同意這個結果，但有一些警告。他說，「這與模擬論證並不衝突，模擬論證只斷言了一些關於脫節的東西。

但是博斯特羅姆對基平在分析之初對物理和模擬假設分配相同先驗概率的選擇提出了質疑。人們同樣可以在我最初的三個選擇上使用它，這樣每個人都有三分之一的機會。或者可以用其他方式來分割可能性空間，得到自己想要的結果。」

加州理工學院的計算數學專家霍曼·奧瓦迪思考了這個問題。「如果模擬具有無限的計算能力，你就不可能看到自己生活在虛擬實境中，因為它可以計算出你想要的任何東西，達到你想要的真實程度，」他說。「如果這個東西能被探測到，你必須從它的計算資源有限的原理出發。再想想電子遊戲，許多遊戲都依賴聰明的編程來最小化構建虛擬世界所需的計算量。

對於奧瓦迪來說，尋找這種計算捷徑產生的潛在悖論最有希望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，而這種疊加被稱為波函數的數學抽象描述。在標準量子力學中，觀測行為導致這個波函數隨機坍縮到許多可能狀態中的一種。坍塌的過程是真實的，還是僅僅反映了我們對這個系統認識的變化，物理學家們對此存在分歧。「如果這只是一個純粹的模擬，就沒有崩潰，」奧瓦迪說。「當你看到它的時候，一切都決定了。剩下的只是模擬，就像你在玩電子遊戲一樣。」

為了達到這個目的，奧瓦迪和他的同事們已經對雙縫實驗進行了五種概念上的變化，每一種設計都是為了進行模擬。但他承認，目前還不可能知道這樣的實驗是否可行。「那五個實驗只是推測，」奧瓦迪說。

馬裡蘭大學帕克分校的物理學家佐雷·達沃迪也提出了這樣一個想法，即利用有限的計算資源進行模擬可以揭示其本身。她的工作重點是強相互作用，或強核力——自然界四種基本力之一。描述強相互作用（將夸克結合在一起形成質子和中子）的方程非常複雜，無法用分析方法解決。為了理解強相互作用，物理學家不得不進行數值模擬。與任何具有無限計算能力的假定的超文明不同，他們必須依靠捷徑來使這些模擬在計算上可行——通常是把時空看作是離散的而不是連續的。迄今為止，研究人員從這種方法中獲得的最先進的結果是模擬了一個氦原子核，它由兩個質子和兩個中子組成。

「很自然，你會問，如果你現在模擬一個原子核，也許10年後，我們可以做一個更大的原子核；也許20年或30年後，我們就能製造出一種分子。「50年後，也許你能做一些只有幾英寸大小的事情。也許在100年左右的時間裡，我們可以研究人腦。」

然而，達沃迪認為傳統的計算機很快就會碰壁。她說：「在未來的10到20年裡，我們將真正看到我們對物理系統的經典模擬的局限性。」因此，她將目光轉向量子計算。量子計算依靠疊加和其他量子效應，使某些通過經典方法無法解決的計算問題變得容易處理。達沃迪說：「如果量子計算真的實現了，在某種意義上它是一個大規模的、可靠的計算選項，那麼我們將進入一個完全不同的模擬時代。」「我開始考慮，如果我有一臺可行的量子計算機，如何進行強相互作用的模擬。」

所有這些因素都促使達沃迪對模擬假說進行了推測。如果我們的現實是一個模擬，那麼模擬器很可能也離散時空以節省計算資源（當然，假設它使用與我們的物理學家相同的機制來進行模擬）。這種離散時空的特徵可能在高能宇宙射線到達的方向上被觀察到：由於所謂的旋轉對稱的破壞，它們在天空中有一個優先的方向。

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。

儘管基平有自己的研究，但他擔心對模擬假設的進一步研究將如履薄冰。「我們是否生活在模擬環境中，這是不可測試的，」他說。「如果它是不可證偽的，那你怎麼能說它是真正的科學呢？」

模擬假設是精心設計的，假設現實嵌套在現實之上，而且模擬的實體永遠也不知道自己是在模擬之中。基平說：「因為它首先是一個過於複雜、精細的模型，它確實應該被否定，而不是簡單的自然解釋。」

也許我們生活在基礎現實中——儘管有矩陣、馬斯克和奇怪的量子物理。