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深度解密:宇宙是虚拟的可能性有多大?它的底层机制可能是什么?(上)

 12345csdms 2022-07-07 发布于湖南
宇宙探索 2022-07-06 13:40 发表于辽宁

《另一个真相:与造物主对话》系列一:

2021年号称“元宇宙”元年。

随着“元宇宙”的概念火爆全球,越来越多的人开始思考:现实世界是否就是一个完美的虚拟世界?

本文将横跨科学、哲学、天文等领域,从偏科幻角度去深入探索几大问题:

假如我们生活的世界是虚拟的,那它是如何虚拟的?

运行模式是类似于《黑客帝国》的“缸中之脑”,还是类似《异次元骇客》的数字平行宇宙,抑或者是类似《楚门的世界》那样的虚拟梦境

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运行虚拟宇宙的底层机制可能有哪些创造虚拟宇宙的目的和意义何在如何发现其中的BUG,找出虚拟世界的造物主,并与之沟通交流?

各领域的创世学说

首先了解下一些基本概念。

神学领域的创世:

四大文明古国的古埃及、古巴比伦、古印度、古中国,以及古希腊、古罗马、古波斯、北欧神话、日本神话,全是创世信仰。

世界各地都流传非常多关于创世的神话与诗篇,虽然创世的天神不同,创世的方法却是不谋而合,而且与时下的实证派科学愈来愈相近。

哲学领域的创世:

老子说:“道生一、一生二、二生三,三生万物”。它以哲学的方式论述万事万物是如何产生、如何存在的奥秘。

关于它的解释:道即无极而太极也。道一,“一”是道,是宇宙最基本的组成核心。一生二,就是道所生太极之两仪,两仪分别为阴阳。二生三,“二”指阴阳,万物负阴而抱阳,万物皆含有阴阳。三生万物,“阴阳”与“道一”最终生成宇宙万事万物。

科学领域的创世:

宇宙是由一个致密炽热的“奇点”于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。

1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。

1929年,美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。

物理领域关于宇宙起源的研究:

1964年,英国物理学家彼得·希格斯从理论上预言了一种粒子——“希格斯玻色子”的存在。2012年,欧洲核子中心(CERN)首次发现其痕迹,其可信度大于99.99994%。

“希格斯玻色子”是粒子物理学标准模型中唯一没被发现的粒子,它是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性,进而形成质量,构筑成大千世界。

在物理学研究中,对“希格斯玻色子”的研究是整个宇宙研究的重中之重,它还有另外一个名字为“上帝粒子”,意为取代上帝创世的粒子。

它被认为是赋予万物质量的粒子,并且这一微小的让人费解的宇宙颗粒与现有科学理论互不相容。

数学应用领域的有趣现象:三进制

三进制是以3为底数的进位制,三进制数有0、1、2三个数码,逢三进一。

在计算机发展的早期,采用一种偏置的三进制(对称三进制),有-1(一般用T表示)、0、1三个数码,这种三进制逢+/-2进一。

现今的计算机都使用“二进制”数字系统,尽管它的计算规则非常简单,但其实“二进制”逻辑并不能完美地表达人类的真实想法。相比之下,“三进制”逻辑更接近人类大脑的思维方式

因为在一般情况下,我们对问题的看法不是只有“真”和“假”两种答案,还有一种“不知道”。在三进制逻辑学中,符号“1”代表“真”;符号“-1”代表“假”;符号“0”代表“不知道”。

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显然,这种逻辑表达方式更符合计算机在人工智能方面的发展趋势。它为计算机的模糊运算和自主学习提供了可能。同时,三进制的运算效率要明显优于二进制,仅次于e(自然常数)进制。

“三进制”的应用历史

上世纪50年代,三进制计算机曾得到大力发展,前苏联设计过一大批三进制计算机,包括大名鼎鼎的Сетунь计算机。

三进制计算机为什么最终没能流行?

因为当时人类在点击科技树技能时,并没有考虑到未来人工智能的发展。

最终选择二进制作为机器语言,很大程度上也由底层硬件原理决定:数字电路只能有效地表达开与关两种状态,所以原生的二进制,是最简单的源代码机制

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三进制计算机复活的可能性是光子计算机或者量子计算机,它们可以很容易原生表示三进制。光子计算机可以用无光表示0,两种正交极化方向的光表示+1或-1。

看到这里,如果你想象力丰富,会不会想到老子关于宇宙起源的哲学思想可能就是一种三进制理论?

那么现实世界是否就是一个由三进制编码的“元宇宙”呢?

希格斯玻色子则是“1、0、-1”中的“0”,也是老子口中的“道一”,“1,-1”则为阴阳,三个底层编码组成宇宙万物。神学、哲学、科学三种创世理论最终殊途同归?

虚拟宇宙的可能存在方式

“人造”宇宙的可能性

2001年,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物理学家塞思·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。

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“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得比现实世界更慢。”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模拟宇宙,仅仅让它足够愚弄其中的智慧生命,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,如果其中的智慧生命用科技设备来观测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,虚拟宇宙中的生命将永远无法识破这种系统的诡计,因为每当它们试图探究这些细节时,系统会迅速补交一份完美答案。

实际上,我们的世界就是这样不完美的存在。

在量子力学领域,双缝干涉实验、普朗克时间、普朗克空间等都在验证这一点。

这种认识使构建虚拟宇宙具备可行性,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。

“人造”太阳系的可能性

从上世纪七八十年代开始,有许多科幻爱好者开始相信,我们生活的太阳系可能是一个虚拟世界。

在此摘录两段信息:

二十世纪的科学天才尼古拉·特斯拉在世时曾预言:“太阳系有防护罩,只有通过旋转进行共振放大才能脱离太阳系的囚牢,才能转移到任何一点上。太阳系是被制造出来的,我们被关闭起来,我们必须突破出去,我们必须努力进入宇宙的大家庭。”
1943年,尼古拉·特斯拉逝世后,美国与苏联在后开始着手太空计划,由于美国盗取的文献与获得的信息较多,除了与苏联一同实行登月与登火星计划外,更成功发射探测器前往太阳系边缘探测,直到三十年后终于确认了尼古拉·特斯拉的预言。

此两段信息是真是假,很难仔细考证原始资料。但是战后,美苏争先恐后地纷纷花费巨资探索宇宙,甚至不惜为此开展太空竞赛,似乎都想抢在对方前面找到什么未知事物。

在太阳系的海王星以外,有一条极其神秘的“柯伊伯带”。

柯伊伯带距离太阳约40~50个天文单位(1天文单位约1.5亿公里),自身宽约30~50个天文单位,是太阳系在海王星轨道外黄道面附近天体密集的中空圆盘状区域。

部分实证派科学家认为此区域有“黑洞”或“暗星”存在,附近有不断吐出彗星与陨石的现象,具体的原因并不明朗。

1972年3月3日,美国“先驱者10号”搭载一张记载人类信息与地球坐标的“名片”发射升空,向离地球最近的金牛座恒星飞行,希望与地外文明取得联系。

2003年1月份,在距离地球120亿公里处,不明原因地忽然减速,随后与地球完全失联。

1973年4月6日,美国“先驱者11号”同样搭载一张相同的“名片”往银河系中心飞行。1995年,在距离地球62亿公里的位置与地球失去联系。

1977年9月5日,美国“旅行者1号”搭载一张记载人类科技信息、二进制、音乐的“金唱片”向宇宙飞行。

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1990年2月14日,在距地球60亿公里处,它最后一次回望“地球家园”并拍下地球照片以及太阳和九大行星的全家福后,被NASA下令关闭电源,此后未传回其他宇宙影像。

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1977年8月20日,美国“旅行者2号”搭载一张记载人类信息的“金唱片”向柯伊伯带飞行,原计划是要飞跃柯伊伯带,穿过奥尔特星云进入星际空间。

2010年4月,在柯伊伯带边缘,“旅行者2号”向地球发送了一些非常奇怪的信号。时至今日,NASA的科学家也未能将信号内容破解。有科学家提出,它可能遭到外星文明的劫持,但NASA并未作出回应。

美国的这几次探测活动也引起广泛的争论。许多科学家认为,如此草率地把人类的信息发送至宇宙空间,企图联系地外文明,可能会给全人类带来难以预料的灾难。

回望人类历史上这四个宇宙探测器“宝宝”,它们孤零零地飞行在茫茫宇宙,其使命似乎是代表人类在向地外高等文明或“神族”进行“乞讨”。

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令人不解的是,当它们飞到柯伊伯带时,没有传回任何一张从那向外遥望宇宙星空的图片(或者是NASA未公布)。

部分天文科学家认为:

距离太阳三十亿到一百亿公里的范围非常神秘,形成了一个类似的“壳”。壳的厚度大约为七十亿公里左右,它彷佛是一个巨大的望远镜片,只有在镜片内才能观测到太阳系外的风景。

宇宙飞船飞过一百二十亿公里后,看太阳系外是一片黑暗。一百二十亿到二百五十亿公里,太阳风也会被阻挡在此处。

太阳系的内壳至少分为5层,总共超过九十亿公里的厚度。在三十亿到一百亿公里这个范围内,向系外穿越的物体可能会突然减速,二百亿公里左右,物体会减速直至被摧毁。

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在柯伊伯带之外,距离太阳5~10万天文单位还有一片由数千亿颗冰冷天体组成的奥尔特云。

奥尔特云最大半径约为一光年,是一个包裹着太阳系的球形云团,这里被认为是无数神秘彗星的起源地。天文学家认为,奥尔特云是50亿年前形成太阳及其行星的星云残余物质,并包围着太阳系。

太阳系的“外壳”,在保护着太阳系,也在保护或者禁锢着人类。那么它是不是远古人类或者高等文明制造的呢?

以上内容大约就是太阳系为“人造”,所观测到的宇宙是太阳系外壳屏幕播放的“影像”,而人类正被某种未知的高等文明保护或监视这一说法的来源。

科幻电影《楚门的世界》讲述的就是一种类似于此的困局。

“缸中之脑”存在的可能性

1999年3月31日,科幻大片《黑客帝国》在美国上映。

随着电影的上映,由美国当代著名科学哲学家希拉里·普特南于上世纪八十年代提出的“缸中之脑”假想,再次进入人们的视野。

关于“缸中之脑”的假想

“如果一个人被邪恶科学家施行了手术,他的大脑从身体上取了下来,放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。脑的神经末梢连接在计算机上,这台计算机按照程序向脑传送信息,以使他保持一切完全正常的幻觉。对于他来说,似乎人、物体、天空还都存在,自身的运动、身体感觉都可以输入。这个大脑还可以被输入或截取记忆(截取掉手术的记忆,然后输入他可能经历的各种环境、日常生活)。他甚至可以被输入代码,'感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字。”

这个假想最基本的问题是:“你如何担保自己不是处在这种困境之中?”

关于假想,有一个饶有兴味的问题:现实中的一切真的都可以放在一台超级计算机的硬盘上吗?要给数十亿熟睡中的人类模拟出现实来,所需要的计算机的算力绝对惊人。

从理论上来说,真的可以把整个宇宙数字化,存放在一段有限的计算机程序中吗

答案是真的可以

以色列科学院院士,专门研究“黑洞”的物理学家贝肯斯坦,曾开创性的运用“信息论”分析黑洞熵。

贝肯斯坦曾证明:黑洞所含有的全部信息量与黑洞事件穹界的表面积成比例。

现实宇宙的最小可能长度是“普朗克长度”(1.6*10的负33次方厘米),低于这个长度下的任何物质都将塌缩成黑洞而无法存在,这就是“空间的不连续性”。

也就是说,在微观领域,宇宙空间是由一个个“普朗克长度”的小格子组成的,非常类似于电脑屏幕的分辨率。

在这个小到难以置信的距离,“空间——时间”不再光滑,而变成“泡沫状”,像发起了一堆泡泡。

现在可以把黑洞事件穹界的球面分割成很小的正方形,每个都是普朗克长度那么大。(意思就是把黑洞分成无数不可再分的小立方格)

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如果每个正方形中都存有一些信息,那么当我们把所有的正方形加起来,就大致得出黑洞中存有的全部信息量。

它似乎就表示,每一个“普朗克正方形”就是一个最小的信息单位。

贝肯斯坦声称,如果事实如此,也许信息才是物理学的真正语言,而不是场论。

他说:“场论由于包含无穷性,所以可能无法成为最终答案。物理学终极理论不应是场的理论,甚至也不应是'空间——时间’的理论,而是有关物理过程中信息交换的理论。”

贝肯斯坦作为顶级科学家,当然不可能像埃隆·马斯克那样,直接说出“基本确定世界是虚拟的”这样的话。

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如果宇宙可以被数字化,并可以被降解为0和1,那么宇宙的信息总量是多少呢?

贝肯斯坦估算,大约1厘米见方的黑洞可存有10的66次方比特的信息。

如果一个1厘米见方的物体可以存有如此多的信息,可推算宇宙所存有的信息要多得多,绝不少于10的100次方比特的信息,原则上可以被塞进一个直径为十分之一光年的球体中。

但是模拟一个超现实宇宙,真的需要如此巨大的信息存储器吗?

事实也许并非如此。

通过研究量子力学,我们发现:对微观领域的粒子,如果不进行具体观测,那它会以一种概率化的方式存在。说得直白点就是,如果对事物不进行精细观测,它就只会呈现大概的模样。

这种存在方式,非常类似于计算机的渲染

譬如,我们玩3D电脑游戏时,从人物视角望向远方的山,只会看到一个渲染的山轮廓。当我们走近时,屏幕才会慢慢展现出山的细节。电脑的这种渲染模式,既不会破坏游戏体验,又能极大地降低需要即时运算的数据。

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从理论上说,制造不完美宇宙的所有信息可以存储于一张巴掌大的“黑洞”式硬盘。通过合适的数据读取与呈现方式,人类坐在家里便能看见模拟宇宙中的任何事件在眼前展开。

原则上我们甚至可以把代码重新编程,让物理现实以不同的方式展开,可以像造物主一般改写模拟宇宙的脚本。

那么宇宙中有没有智能文明已经达到如此高的科技水平呢?它们会不会这么做呢?

在回答此问题之前,让我们先来了解下关于宇宙高等智能文明的“费米悖论”“大过滤器”两条重要假说。

费米悖论:

在可观测宇宙中,有10的22次方数量级的恒星,仅银河系中便有2500亿颗恒星,有10亿颗类地行星,保守估算应该已经产生10万个智能文明。

如果根据“卡尔达肖夫指数”,采用文明对能量的利用效率,来衡量文明所处层次。

I型文明:有能力使用所在行星的全部能源。人类大约达到了0.7型文明。

II型文明:有能力使用母恒星的全部能量(制造戴森球),或者能随心所欲利用核聚变能量。

III型文明:能够使用相当于整个银河系的能源。这并非天方夜谭,因为有许多文明可能比地球早发展上亿年,科技已发展到什么程度无法想象。

如果1%的智能文明最终成功达到具有星际殖民能力的III型文明的话,仅银河系就应该至少有1000个III型文明。整个银河系到处都有他们活动的踪迹,那么现在问题出现:

他们都在哪儿?他们去了哪里?

为什么至今为止,我们什么都没看到,什么都没听到,也没有和他们中的任何一个有深入的接触?

以上就是“费米悖论”

可能许多人要说,生命起源非常复杂。智慧生命产生的条件十分苛刻,也许人类因为各种机缘巧合,是宇宙中唯一的特殊存在。

事实真的会是这样吗?

上世纪,科学家们曾做过一个有趣的实验。巨大的平面区域分割成很多小方格,每个格子可以有黑白两色,格子的颜色由它周围的八个格子约束。

然后设置四个简单的初始条件:

1、如果一个格子周围有3个格子为白,则该格子为白。其含义是:当前生命周围有3个存活生命时,该生命诞生。(模拟种群的繁殖)

2、如果一个格子周围有2个格子为白,则该格子颜色不变。其含义是:当前生命周围有2个存活生命时,该生命存活。(模拟种群的延续)

3、如果一个格子周围白色格子少于2个,则该格子为黑。其含义是:当前生命周围存活生命低于两个时, 该生命死亡。(模拟种群密度过低时生命的死亡)

4、如果一个格子周围有超过3个格子为白,则该格子为黑。其含义是:当前生命周围有3个以上的存活生命时时,该生命死亡。(模拟种群密度过高时生命的死亡)

最后在平面上随机选几个格子为白,设定初始条件,然后不加任何干扰,让其自行演化。

刚开始,格子的颜色杂乱无章的变化。经过一段时间的演变后,神奇的一幕出现,格子的颜色竟然产生稳定而规律的变化。图片

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随着时间的推移,格子组成更加规律而复杂的图案。最后逐渐组成稳定的系统,同时有规律的移动,并相互交换物质。图片

通过简单约束条件,在一片混沌当中,经过更长时间演化,复杂而稳定的系统自发产生,呈现一种类似无机物到氨基酸、有机物、蛋白质的“生命进化”的现象

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此实验的名字就叫“生命游戏”

在此不妨大胆想象一下,如果时间够久,格子数目够多,最终它甚至能演变出二维宇宙的生命也未可知。

既然银河系中的类地行星,拥有和地球类似的初始条件,经过数十亿年演化,同样会产生复杂的智慧生命群体。

那么为什么会出现“费米悖论”呢?

经过半个多世纪的讨论,科学家们提出了“大过滤器”的假说

大过滤器:

“大过滤器”简单说就是在生命发展的9个或更多的关键阶段,至少有一个阶段是难以跨越的,有点类似于“渡劫”。

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人类目前处于第八阶段,下一个阶段是“星际殖民扩张”。

鉴于目前尚未发现其他文明到达了第九阶段,也许“大过滤器”就在我们前面,只是不知道何时它会起作用。

在此,本文将从另外角度提出一个关于“大过滤器”的科幻推理:

科技发展到“星际文明”后可能会导致宇宙毁灭,或者宇宙中的“星际文明”将被直接毁灭

此结论是怎么推理出来的呢?

为简单说明,再回到上文所说的3D游戏。为降低电脑的运算量,游戏内许多不必提供确切细节的场景,采用渲染式的模糊处理,电脑流畅运行。

如果我们把游戏画质调到最高,本来模糊处理的细节都需一一精确呈现,电脑的数据运算量成倍增加。当运算的数据超过处理能力时,电脑便会出现卡顿、崩溃、死机现象。

同样的,我们的宇宙并不“完美”,许多微观宏观细节也是模糊处理。

当某一文明的科技发展到“星际文明”时,他们观测宇宙微观、宏观的手段高度发达,甚至可以同时监控整个星系,甚至数十、数百个星系内的精确细节。面对无数的精细观测,宇宙必须经过运算呈现出确切答案。假若超出宇宙的运算能力,可能将导致整个系统崩溃。

还有第二种可能:

假若宇宙是虚拟的,当“星际文明”产生的运算数据庞大到导致宇宙运行异常时,必定会被虚拟宇宙的“造物主”所检测到,接下来应该就会遇上“大过滤器”而直接清除。

也许宇宙存在的目的,并不是为了孕育出智慧生命。

智慧生命只是宇宙在运行时,因各种机缘巧合而产生的“病毒”或者说是个BUG。它们是系统的不安定因素,当对系统不构成威胁时,“造物主”可能听之任之,一旦对系统稳定造成威胁,就即将面临着“杀毒”的命运。

牛津大学哲学家尼克·博斯特罗姆认为,以下三种可能性当中必有一种是正确的。

一、所有文明在科技成熟之前都已经灭亡。

二、所有科技成熟的文明都对制造模拟宇宙没有兴趣。

三、人类文明实际上正生活在一个电脑程序当中。

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所以他表示,宇宙很可能是被模拟出来的,我们人类的大脑本身可能就是整个虚拟程序的一部分,而不是说虚拟程序把感应装置连接到人的大脑,进而传递信号。

也就是说,“缸中之脑”不太可能真实存在

下文将继续探索:假若现实宇宙是“虚拟”的,那它是如何虚拟的?它可能存在哪些BUG?系统的底层机制是什么?等一系列问题的答案。

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