一个宇宙学实验验证,整个宇宙都是高级文明编写的代码?

撰文 | Zeeya Merali

翻译 | 王景鹏

审校 | 吴非

  来源 |  环球科学 ScientificAmerican

By 超神经

人类、所有生命乃至我们所处的宇宙是真实存在的吗?或者说,我们就像《黑客帝国》中所描述的那样,只是其他开发者创建的虚拟系统的一部分?

对这个看似离奇的猜想,一些物理学家认为,他们或许有办法通过观测进行验证。

在 1999 年的科幻电影《黑客帝国》中,主角尼奥吃惊地发现,人们可以违反物理定律,或是飞檐走壁,或是突然消失。

这些违反宇宙规律的现象在电影世界里确实存在,因为尼奥并不知道,他所生活的「世界」,其实是由有感情的机器开发的虚拟现实系统,而他的意识就被嵌在这个名为 Matrix 的系统中。

一切故事都从那个时刻开始:尼奥面临着两种命运的选择——选择红色药丸还是蓝色药丸。

如果选择蓝色药丸,他就会回到 Matrix 的虚拟世界继续过着懵懂的生活;如果选择红色药丸,他就能了解 Matrix 的真相,知道「兔子洞到底有多深」。

物理学家现在也可以为我们提供相同的选择机会——通过宇宙射线来测试我们是否生活在自己的「Matrix」中。尽管目前听起来很不切实际,但在很久以前,哲学家们已经为此争论不休了。

一些哲学家认为,我们更可能是被困在一个虚拟宇宙中的人工智能,而不是我们认为的「真实」个体。

如果这是真的,那么物理定律就会允许我们设计出这样检查现实的科技,而这可能与我们「模拟器」所处的元宇宙的基础规则没有什么关系。对于我们来说,这些开发者就是「神」,他们可以随意扭曲我们的现实。所以,我们是否应该对服下红色药丸并了解现实的提议表示认同呢?

我们所掌握的现实

我们第一次探索宇宙现实是在 2001 年。当时,对模拟宇宙尺度所需资源的计算工作取得重要进展,这让我们似乎看到这项测试的可能性。

MIT 的量子力学专家 Seth Lloyd 估计了从大爆炸到现在,我们宇宙中所有事件的「计算量」。他的结论是:为了能够重现宇宙、在原子层面也能实现完美的模拟效果,这些计算所需的资源比宇宙所有的资源还要多。

「这样的话,这个计算机将会比我们的宇宙还大,而且它运行的速度也会比现实中的宇宙慢,」Lloyd 说道,「所以我们为什么要建造它呢?」

但是,其他人很快就意识到,完成一个足以欺骗广大群众的「不完美」的宇宙复制品,将会节省大部分计算量。在这个虚假的世界里,无论是遥远的天体还是微观世界,都只是开发者为了应付人类科学家的研究而设计的,一旦没有人观察,这些东西就消失了。

理论上,我们从来没有探测到这些正在消失的特征。然而,这也可能是因为每当我们观察时,模拟器就重新对他们进行了渲染。

正因为有这些认知,我们惊恐地发现,创建虚拟宇宙的设想并非不可能。今天的超级计算机已经粗略地模拟了早期宇宙是如何从襁褓成长、演化的。不过,即使过去 10 年我们的科技飞快发展——比如你的手机处理器已经比 NASA 登月时的处理器更为强大,但这样的科技进步仍然不能满足模拟智慧生命的要求。

西雅图华盛顿大学的核物理学家 Silas Beane 说:「一个世纪内,我们的团队就可能将人类加入我们的模拟系统。」目前,他们已经开发了一个初级模拟器,能够模拟早期宇宙中质子和中子结合成为原子的过程。

法律和社会观念可能很快就会反对我们创造出一个有认知、包含人类的宇宙。不过我们后代的的那些科技天才可能会发现,扮演 “上帝” 的力量如此难以抗拒。

他们可能创造出过剩的「宠物宇宙」——数量远远超出真实的宇宙。这个想法点醒了牛津大学的哲学家 Nick Bostrom ,他在 2003 年总结到,我们更有可能是硅基人工智能,而不是真正的宇宙中的碳基生物。尽管目前似乎没有办法判断两者的不同,但畅销书的作者并不需要多么精确的研究。

了解一下事实

事情在 2007 年有了转机。剑桥大学的数据科学家 John Barrow 教授提出,对现实不完美的模拟通常会产生小差错。如同你的电脑,宇宙的操作系统为了能够持续工作也需要不断升级。

随着模拟级别的降低,Barrow 认为我们可能看到一些自然界本应该是定值的量——比如光速,比如描述电磁力的精细结构常数——莫名其妙地偏离了它们的 “恒定” 值。

2012 年,Beane 提出了一个更具体的方法来测试「宇宙模拟假说」。大多数物理学家认为我们的空间是连续光滑、可以无限延伸的。但是科学家们在对早期宇宙建模时,并不能轻易重建出一个足够光滑的,用来容纳原子、恒星以及银河系的宇宙背景。他们的解决方案是,建造了一个由框架网络构成的虚拟空间,就像用像素构成电视图像一样。

该团队计算了粒子在他们模拟的世界中的运动,他们发现粒子的能量与晶格点的间距相关:网格尺寸越小,粒子的能量越高。这意味着,如果我们的宇宙是模拟出来的,那么我们会观察到,最快的粒子,它的能量也是最大的。事实上,天文学家已经注意到,在那些从遥远星系出发,源源不断抵达地球的宇宙射线里,高能粒子总是以 1020 电子伏特的能量到达地球。

在模拟的晶格中,还有一个可被天文学家观测到的现象。假如时空是连续的,宇宙射线就不会被空间中的网格影响,那么射线就应该均匀地来自宇宙的各个方向。如果我们生活在一个基于晶格的模拟世界中,我们就不会见到这种均匀的分布。如果有物理学家观测到这种不均一性,那么我们的宇宙是否真实存在就很有疑问了。

???我们是谁写的???

要回答这些的问题,天文学家需要更多的宇宙射线数据。对于 Beane 来说,两种结果似乎都可以接受。「我们的宇宙是模拟的」和「我们的宇宙起源于大爆炸」对于他来说都是一样的。但这是因为 Beane 想象中,模拟器纯粹是为了理解宇宙,而不想干扰他们的模拟。

不幸的是,我们全能的「上帝」的模拟器可能会将我们编入宇宙尺度的真人秀——是可以操作游戏规则的那种,仅仅为了他们的娱乐。

奇怪的结论并不会终结。我们的模拟器可能本身也是一个模拟系统,如同一个连环的兔子洞,每一个模拟系统都有不同的基础物理规则。「假如我们的世界确实是一个模拟系统,那么逻辑上来说,我们测量的不是真正的自然法则,因为我们只是在测量模拟器的「人工法则」,这真是一件令人沮丧的事!」Beane 说道。

宇宙射线也许可以揭示,我们是否只是「人」造的 Matrix 中的几行代码,而在 Matrix 中,物理规则可以被扭曲或打破。但是假如,了解到的事实意味着你永远也不知道自己到底是真实存在的还是虚拟的——你还想知道吗?