我们是否活在“母体”中?

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(文/Zeeya Merali)在1999年上映的经典科幻电影《黑客帝国》中,主人公Neo被他眼前的景象所震惊:人们违反物理常识地在垂直的墙壁上奔跑,或是突然消失。这些超自然的现象之所以能够成为“现实”,是因为Neo的意识在“母体”的控制之下:所谓母体(Matrix),是一个由有意识的机器所创造的虚拟现实。

影片中有一个经典的镜头——Morpheus引导Neo完成他宿命中的抉择——吃下蓝色药丸,忘掉一切,回到他的虚拟世界;或是吃下红色药丸,走进爱丽丝的兔子洞,认识真实的世界,真实的母体。

你会选择红色,还是选择蓝色?图片来源:irevolution.net

现在,我们也将面临和Neo一样的抉择——物理学家们能通过研究宇宙射线的方式来检验我们是否活在真实的世界。听起来似乎有些脑洞大开,但一直以来,一些哲学家却的的确确坚持着类似影片中的观点:我们其实只是生活在虚拟世界中的人工智,而非有机存在的“真实”个体。

如果那是真的,那么我们用以检验现实真伪的技术所依赖的、“母体”中的物理定律,可能与真实宇宙中的基本规则没有半毛钱关系。对我们来说,“母体”世界的模拟者会是神一样的存在,可以轻而易举地扭曲我们看到的“现实”。

那么,我们是应该吃下红色药丸探索真相,还是对这些庸人自扰一笑置之呢?

世界在我们手中

自2001年始,物理学家们首次尝试通过严谨的研究探索宇宙的真相——他们试图计算要模拟一个宇宙规模的虚拟世界需要多少资源。麻省理工学院的量子力学工程师塞思·罗伊德(Seth Lloyd)首先估算了自大爆炸以来,我们的世界经历过的所谓“计算机操作”数。要还原这些事件,构建一个完美的、精确到原子的虚拟宇宙,我们要消耗的能量会超出宇宙的总能量。“模拟世界的电脑必须要比我们的宇宙还要大,而且在模拟世界中的时间会走的比现实世界更慢。”罗伊德说:“所以为什么要花费力气建造这种东西?”

但是其他人很快意识到,如果创造一个不完美的宇宙模拟,仅仅让它足够愚弄其中的居民,那么所需的能量就会少得多。在这样一个凑合着运行的宇宙里,如果有居民用高精尖的科研设备来研究微观世界的极致细节,或是宏观世界的遥远星空,模拟程序会迅速填充这些细节。当然,只有很少的人会这样做,所以在大部分时间里,这些细节都只是一片空白。在理论上,我们将永远无法识破这种系统的诡计,因为每次当我们试图探究这些细节时,系统会迅速给我们补交一份答案。

这种认识使构建虚拟宇宙具备了骇人听闻的可行性,甚至我们自己都可以做得到。现在的超级计算机已经可以粗略地推演早期宇宙的诞生过程,模拟初期星系的形成和演化。鉴于近几十年来科技的迅猛发展——你的手机的运算能力已经超过了阿波罗登月时期美国宇航局的电脑——要构建一个拥有智慧生命的模拟世界,其实并非遥不可及的目标。华盛顿大学的核物理学家塞拉斯·比恩(Silas Beane)曾通过构建模型的方式,重现了早期宇宙中质子和中子结合成为原子的过程,他认为:“在一个世纪之内,我们就将能够把人类嵌入我们的模拟环境中。”

塞拉斯·比恩。图片来源:lafayette.edu 

法律和社会风气可能会很快迫使我们远离人造宇宙的尝试,但是我们精通技术的后代们或许无法抗拒这种扮演上帝的诱惑,他们可能会创造大量的从属宇宙。基于这样的想法,牛津大学的哲学家尼克·波斯特朗(Nick Bostrom)认为,我们自身或许只是满脑妄想的硅基人工智能,而非真实宇宙中的碳基生物。目前我们还无法有理有据地分辨这两种可能之间的区别,就算要开个赌局,庄家也不必绞尽脑汁去算这两种情况的精确赔率。

发现真相

到2007年,情况发生了改变。剑桥大学的数学教授约翰·巴罗(John D. Barrow)提出,如果模拟现实并非完美,那么就会存在可被检测到的瑕疵。就像你的电脑一样,模拟宇宙的操作系统也需要更新才能维持工作。而当模拟系统开始退化时,那些自然界那些本应维持恒定的性质,如光的速度或是精细结构常数,将莫名其妙地偏离它们的“常数值”。

有趣的是,就在1999年《黑客帝国》上映几周之前,有天文学家分析了来自遥远星系的光束,声称发现宇宙的一些“常数”可能并不是恒定不变的:特别值得一提的是精细结构常数值,这一决定星系光线特征的常数。比100亿年前增大了大约十万分之一。

而在2011年,致力于OPERA实验(一项旨在检测中微子振荡现象的实验)的物理学家们声称他们所测量的中微子的速度超过了光速——也就是超出了我们一直认为的宇宙极限速度。不过,这2个案例都无法确凿证明我们活在虚拟世界中。其他独立研究不支持精细结构常数的变化。而中微子测速实验的设计可能存在问题。

2012年,比恩和他的同事们对“世界是模拟产物”的假设进行了更实际的检验。大多数物理学家认为太空是平滑且无限延伸的,但是模拟早期宇宙的物理学家们却无法轻而易举地重现完美平滑的宇宙背景去容纳原子、恒星乃至星系。他们只能以点阵或是网格的形式进行模拟,就像电视画面由多个像素点构成一样。

比恩的团队基于他们的模拟进行了粒子运动的计算,这些粒子的能量将与点阵中点的距离相关:网格越小(越接近平滑),粒子拥有能量就越大。也就是说,如果我们所在的宇宙也是一个这样的虚拟宇宙,我们将在运动最快的粒子上发现最大的能量。而巧合的是,天文学家发现,那些来自遥远星系、包含高速粒子的宇宙射线,最大能量的量级总在大约1020电子伏特。

用点阵来模拟的宇宙中还有另一个天文学家能观测到的效应。如果太空是连续的,也就没有潜藏的点阵来指导宇宙射线的方向,那么这些射线从各个方向到达地球的几率应该是一致的;而如果我们的宇宙是一个基于点阵的模拟,那么由于点阵中那些限制点的作用,平均的方向分布将不会出现。如果物理学家们真的发现了不平均的分布情况,那么我们或许将很难证明我们所在的世界是真实的。

如果宇宙射线的来源不是随机的,我们所在的宇宙也许有可能是虚拟的。图片来源:National Science Foundation/J. Yang

天文学家们目前还需要更多的宇宙射线数据来探索这一问题。而对于比恩来说,无论我们生存的世界真实与否,都是可以接受的事实。他说:“就算我们所在的宇宙确实是虚拟的,而非我所相信的来自大爆炸,我的生活也不会受到什么影响。”但是比恩显然认为创造模拟世界的人动机只是单纯地想要理解宇宙,而不会想要对他模拟出环境横加干涉。

不幸的是,我们万能的虚拟宇宙制造者却可能把这个世界打造成一个宇宙规模的真人秀,并随心所欲地操纵游戏规则。在这种情况下,我们能做的或许只是让这场真人秀的观众更嗨皮一点,以求在我们死后,有希望在下一代模拟产品中复活。

这些奇怪的构想还远未止息:虚拟出我们的人也可能是其他人的模拟产物——这可能是一系列环环相扣的宇宙,而每个宇宙都有着各自不同的基本物理法则。比恩说:“如果我们真的是被虚拟出来的,那么或许我们所致力探索的‘自然法则’只不过是模拟者自己的一些奇思妙想。这真是令人沮丧的想法啊!”

关于宇宙射线的研究或许能揭开事实:我们是否只是一个人造“母体”里面的一段代码?我们所发现的一切“规律”、“法则”又是不是真实的呢?如果认识到“真理”意味着你得接受自己永远不能确认什么是真实的什么是虚幻的(包括你自己在内),你还愿意知道吗?

坐在电脑前的各位Neo,很遗憾你们已经没有回头路可走了:你的选择是蓝色药丸,还是红色?

编译自:Zeeya Merali. Do We Live in the Matrix? Discover.

文章题图:fromquarkstoquasars.com

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