分享

宇宙是真实的吗?

 黑马_御风 2020-03-31
? Atlas Obscura

利维坦按:


我们都知道,感知并不等于真实。我们的所见所闻等等,从来都是间接的,它们只是大脑对于真实世界的最佳猜测。当然,一个更为奇怪的问题摆在了量子物理学家的面前:在人类开始观察量子系统之前,它似乎并不是空间中的某种客观存在。一系列实验结果和我们的常识背道而驰:如果我们假设构成一般实物的粒子客观独立存在,不受观察者的影响,那么我们得出的答案就是错误的。量子物理学的核心内容相当明了:在某些空间中没有客体存在。这也难怪理论物理学家约翰·惠勒会说,“这推翻了世界可以独立于我们而存在的那些观点。”·

所以,按照这个逻辑,我们这个宇宙有没有可能是被模拟出来的呢?你的直觉告诉你这纯属无稽之谈……不过请等一下,既然感知不等于真实,“直觉”又依照于什么存在呢?如果我们看到的事物只是我们的心理表征,这就真有点儿“本来无一物,何处惹尘埃”的意思了——又或者,我们的感知系统创造出了世界,这只是进化的一种适应性结果。
Guru Brahma Shaman''s Dream Project - Kerala Dream


3年前,纽约的美国自然历史博物馆举办了一场辩论会,在YouTube上累计播放210万次(译注:截止到发稿时,该视频累计播放将近324万次。四位物理学家以及一位哲学家在主持人天文学家尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)的鼓舞之下,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,这里充斥着大量数据,这里蕴含着丰富多样的运算能力,这里还是我们意识的源头。但是,这并不一定意味着我们的一切都被模拟器操纵着,正相反,这个模拟器也许只是设定了一些我们认知中的自然法则,然后按下“播放”按钮,看看接下来到底会演化出什么东西。

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”。

在2016年,这早就不是什么新鲜概念了,但是这一年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。作为极客界大祭司一般的人物,伊隆·马斯克(Elon Musk)也顺势提出我们很有可能就是生活在一个被模拟出来的世界中,这样的论调进一步为该假说的狂热信徒照亮了前行的道路。当然了,如果你认为这一假说根本就是无稽之谈——我(原作者,下同应该承认,我自己就是这样的人——那么当你看到别人论证这个假说不仅是可以想象的,更是合理的,你可能会觉得这个论述过程相当刺激。

? Metro

在那次辩论的最后,泰森向参与讨论的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》(The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy)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%,大致相当于你在掷骰子时得到想要的某个特定数字的概率。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。对此泰森不为所动,而且他表示自己怀疑这个可能性“也许非常高”。

在小说与电影《银河系漫游指南》的情节中,一个超级计算机经过了漫长岁月的思考终于计算出:“关于生命、宇宙以及任何事物的终极答案……就是42。”为了进一步解释这个答案的含义,超级计算机又制造了另一个计算机继续计算,而这个新的“计算机”就是地球。? Fandom

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。”对于这个问题,她的沉默非常令人钦佩。因为比起台上任何人,只有达沃迪的研究真正深入到虚拟宇宙假说的核心,并试图判断这一假说是否属实。

2016年辩论会视频截图,图中两人分别是佐雷·达沃迪(左)与尼尔·德格拉斯·泰森(右)。? American Museum of Natural History

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——包括量子计算机,这种计算机从基本粒子的古怪互动模式中发掘超强的运算能力——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”。
(arxiv.org/abs/1210.1847)

在这篇论文的摘要中作者的原话是,“数字化虚拟宇宙假说的一个可以被观测到的结果,会表现为一种立方体的时空格子、框线。” ? Alpha Coders


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?



达沃迪目前对于虚拟宇宙假说的真伪非常不确定,但对此她非常高兴,她甚至不需要任何犹豫就坦言自己无法给出一个该假说可能是正确的概率。


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,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?
(phys.org/news/2016-04-universe-space-time-discrete.html)

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。”

? VINICIUS COSTA

达沃迪目前对于虚拟宇宙假说的真伪非常不确定,但对此她非常高兴,她甚至不需要任何犹豫就坦言自己无法给出一个该假说可能是正确的概率。她认为这个假说肯定有一定可能是正确的。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。“这很危险,”她说,“我们已经在科学史上多次见到过这种情形,有时候哲学家或者哲学的讨论非常强烈而确定地导向某一个直观上似乎非常正确的事情,然而物理或其他科学最终的发展方向与此完全相反。”

此处达沃迪所说的哲学论点到底指的是什么?为什么这种仅凭言辞的推论会让一个达沃迪这样的理性主义者直觉上认为虚拟宇宙假说是引人瞩目的?这些哲学论点中有很大一部分来自于一位牛津大学的哲学家,尼克·博斯特罗姆(Nick Bostrom)。

? 超级计算机Piz Daint模拟出的10亿光年部分宇宙。JOACHIM STADEL


博斯特罗姆提出,未来的几代人——或者在我们人类之后出现的某种“后人类”生物——会开发出我们无法想象的超级计算机,其计算能力将比我们现在能想象到的程度还要强得多。凭借那些计算机,他们可以模拟出整个世界,而且模拟出来的世界会包含及其丰富的细节,足以满足该世界内的人物获得丰富的体验,并加深自身的意识程度。

如果未来的人进行了多次这种对宇宙的虚拟,那么被制造出来的虚拟意识就会超过真实存在的意识。而他在这一套论述的最后提出,从统计角度讲,我们并不处于一个虚拟宇宙的可能性更大一些。

尼克·博斯特罗姆。? This Week in Machine Learning and AI Podcast


这一论调中包含几个相当宏大的假设,比如未来的计算机会如何发展,再比如未来的智慧生物会如何打发自己的时间。不过,博斯特罗姆的结论的确与我所见略同,相信所有认为虚拟宇宙假说不可信的人都会认同这个结论。正如他在2003年的一篇论文中写道:“如果我们不认为此时此刻的自己正生活在一个虚拟的程序中,那我们也不应该相信自己的后代会用计算机多次模拟他们的祖先。”我也不愿意相信后代会做出这种事。
(www.simulation-argument.com/simulation.html)

? Dénes Ruzsa


不同时代扮演主导角色的技术给我们带来了一长串各种各样的隐喻,而最近的一个促使人们想象这个宇宙存在于一个游戏中,或者某种电脑程序之中。



对于博斯特罗姆的上述论调,一些人几乎给出了完全相反的反应。博斯特罗姆本人在2007年告诉《纽约时报》(New York Times),他“凭直觉猜想……我们大概有20%的概率生活在计算机的虚拟程序之中。”(不过今天他不再公开表示自己对这个概率的猜测了。)但是,有些人顺着他的思路走得更远,比如尼尔·德格拉斯·泰森。

而伊隆·马斯克把博斯特罗姆的初始命题视为一个给定命题——他断言游戏终将变得“无法与现实区分”——并且借此宣称几乎可以肯定地说,这个宇宙就是被虚拟出来的。事实上,马斯克说我们应该期望这个宇宙真的是被虚拟出来的,因为如果拥有完美晶格状结构的游戏没有被开发出来,很可能是因为我们的文明毁灭了。

值得注意的是,我们还应该考虑这一套严谨的推理是否已经过时了。不同时代扮演主导角色的技术给我们带来了一系列的隐喻,而最近的一个技术隐喻促使人们想象这个宇宙存在于一个游戏中,或者某种电脑程序之中。

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,大脑以及灵魂先后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。”
(www.cl.cam.ac.uk/~jgd1000/metaphors.pdf)

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。

如果要在没有任何实质证据的前提下相信宇宙虚拟假说,你必须要相信此时此刻我们对该假说的描述是一种更精准的解释,而非仅仅是一个便于引用的隐喻。但这样一来就会让该理论变得更像宗教,而非科学,因为虚拟宇宙假说是可证伪的。毕竟任何能引发疑惑、怀疑的证据——在提出该证据的那一瞬间——都会被这个宇宙的模拟器删除。

? Dan Luvisi

如果虚拟宇宙假说只是一个因为极为方便所以被泛滥引用的隐喻,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(Error Detection and Correction)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。

? Zo?Van Dijk


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“E=mc2”,或者“力=质量×加速度”。而其他的方程就要复杂得多。正如盖茨所述,对于他这样的理论物理学家——他们的工作是探寻人类尚未理解的事物可能的运作方式——发现一个方程几乎就相当于音乐家创作一部音乐作品。而且,你可以基于这个方程或作品做各种各样的变化。

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(Supersymmetry),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。

? Medium


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。然而我们的宇宙延续下来了。



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(Gravitational Waves)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,从某种意义上来说,如果宇宙真的如此,那么它可能仅仅是通过某些迹象在体现自身生命力,而非没有任何与生命有关的迹象。

? Tatiana Plakhova & Eduardo 'Dudu' Gomes

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,可能导致零误传为一)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(The Decay of The False Vacuum)。”

在YouTube上有一个关于虚假真空的科普视频,播放量居然超过了750万次!(译注:截止到发稿时,该视频累计播放将近970万次。在这里用盖茨的话简单解释一下: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(Higgs Boson),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。”盖茨还补充说,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”。

读者可以自行选择自己相信的假说,后一种假说同样是基于多个假设进行推论的。也许其中最大的一个假设,就是我们这些直立行走的猿猴最终有一天可以用我们的心智完全理解宇宙的本质与奥秘。

为什么我们会期待这一天终将来临呢?盖茨说,这就是一种信仰,而且这个信仰“已经在过去的数百年之间为我们这个种族解决了不少问题,这就是我现在能确定告诉你的事。不过这个信仰在未来是否还能继续发挥作用,对此我毫无头绪”。

文/Brian Bergstein

译/John Walker

校对/鸣瓢秋人

原文/onezero.medium.com/is-the-universe-real-61ff508d32aa

本文基于创作共同协议(BY-NC),由John Walker在利维坦发布

文章仅为作者观点,未必代表利维坦立场

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 全屏 打印 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多