科學(xué)家通過(guò)數(shù)學(xué)證明：宇宙不可能是計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的

在探索宇宙本質(zhì)的過(guò)程中，人們提出了各式各樣的理論，其中有一種被稱為“模擬假說(shuō)”（Simulation Hypothesis）的理論認(rèn)為，我們所知的宇宙，可能并不是真實(shí)的，而是由某種強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬出來(lái)的虛擬宇宙。

該理論指出，在這種虛擬宇宙里，物理定律相當(dāng)于程序規(guī)則，客觀現(xiàn)實(shí)相當(dāng)于程序輸出，而人類的感知和意識(shí)則是系統(tǒng)內(nèi)部的一部分過(guò)程，只要系統(tǒng)在細(xì)節(jié)和邏輯上足夠完備，身處其中的我們就無(wú)法察覺(jué)到宇宙并不真實(shí)。

對(duì)于“模擬假說(shuō)”，有不少人都表示支持，其中不乏一些知名人士，比如說(shuō)馬斯克就曾經(jīng)表示，我們?nèi)祟惿钤谡鎸?shí)世界中的概率，可能不到10億分之1，當(dāng)然了，科學(xué)界里反對(duì)該理論的也大有人在，他們也一直在致力于研究如何對(duì)其進(jìn)行有力的反駁。

引人注目的是，根據(jù)一項(xiàng)發(fā)表在《物理學(xué)中的全息術(shù)應(yīng)用雜志》上的研究，科學(xué)家通過(guò)數(shù)學(xué)證明，宇宙不可能是計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的。這具體是怎么回事呢？下面我們就了解一下。

簡(jiǎn)單來(lái)講，“模擬假說(shuō)”的邏輯大概是這樣的：如果一個(gè)文明能夠存活足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并且擁有足夠強(qiáng)大的算力，他們必然會(huì)有興趣模擬他們的祖先，或者模擬宇宙演化的歷史，而一旦這種模擬開(kāi)啟，其產(chǎn)生的虛擬宇宙數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)那個(gè)唯一的“真實(shí)宇宙”。

更重要的是，如果模擬出的宇宙足夠完美，里面的虛擬智慧生命就可能會(huì)發(fā)展出自己的計(jì)算機(jī)技術(shù)，然后在虛擬宇宙里再模擬出新的虛擬宇宙，這就形成了一種“遞歸”，隨著這種“套娃”過(guò)程的持續(xù)，虛擬宇宙的數(shù)量就將會(huì)多得難以想象，如此一來(lái)，我們?nèi)祟愃挠钪媸悄莻€(gè)唯一的“真實(shí)宇宙”里的概率，就會(huì)無(wú)限趨近于零。

這樣的邏輯看上去似乎無(wú)懈可擊，但卻有一個(gè)重要的前提，即：宇宙中所有的物理事實(shí)都是可以被完全計(jì)算的。也就是說(shuō)，支持該理論的人認(rèn)為，只要算力足夠強(qiáng)，宇宙中的一切，從星系的旋轉(zhuǎn)到你此刻閱讀文字時(shí)的大腦活動(dòng)，都可以被計(jì)算機(jī)模擬。

實(shí)際上，此次研究正是通過(guò)數(shù)學(xué)證明了，這個(gè)前提是錯(cuò)誤的。

科學(xué)家指出，無(wú)論多么高級(jí)的計(jì)算機(jī)，其本質(zhì)都是基于算法的，而算法是一系列明確的、有邏輯的步驟（例如輸入A，經(jīng)過(guò)規(guī)則處理，輸出B），計(jì)算機(jī)的所有操作，歸根結(jié)底都是在執(zhí)行一串串的算法指令。

然而哥德?tīng)柌煌耆远ɡ砀嬖V我們，對(duì)于任何一個(gè)形式系統(tǒng)而言，只要它包括了簡(jiǎn)單的初等數(shù)論描述，并且是自洽的（沒(méi)有自相矛盾），那么它必然是不完備的。這意味著，在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，總是會(huì)存在真實(shí)但無(wú)法由該系統(tǒng)內(nèi)部算法或規(guī)則證明的命題，這通常被稱為“哥德?tīng)栒胬怼薄?/p>

為方便理解，我們可以舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子。考慮這句話：“這句話是不可證明的。”如果你能證明這句話是對(duì)的，那么這就與這句話的內(nèi)容矛盾了，但如果你能證明這句話是錯(cuò)的，那么這句話描述的事實(shí)就是真的。

在此次研究中，科學(xué)家在物理理論層面進(jìn)行了復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果宇宙所有的物理事實(shí)都可以被一個(gè)完整算法所描述，那么這個(gè)算法就應(yīng)該能夠計(jì)算或證明所有與物理事實(shí)有關(guān)的“哥德?tīng)栒胬怼保欢捎诟绲聽(tīng)柌煌耆远ɡ淼南拗疲倳?huì)有一些真實(shí)的物理現(xiàn)象無(wú)法通過(guò)任何算法得出或證明。

也就是說(shuō)，如果我們所知的宇宙真的是計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的，那么它必須嚴(yán)格遵循某種代碼邏輯，所以在這個(gè)程序的運(yùn)行過(guò)程中，它遲早會(huì)處理到那些“真實(shí)存在，但無(wú)法被算法描述”的對(duì)象，在這種情況下，程序就無(wú)法正常運(yùn)行，甚至直接“卡住”或者崩潰。

然而我們并沒(méi)有觀測(cè)到這樣的情況，這就證明了，我們所知的宇宙并沒(méi)有通過(guò)某種算法來(lái)決定下一刻發(fā)生什么，它本身就包含了一種直接的、非計(jì)算的確定性。

所以此次研究給出的結(jié)論就是，既然計(jì)算機(jī)模擬必然是基于算法的，而真實(shí)的宇宙中包含了“哥德?tīng)栒胬怼边@種無(wú)法被算法描述的成分，那么事實(shí)就是顯而易見(jiàn)的：宇宙不可能是計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的。

科學(xué)家表示，長(zhǎng)久以來(lái)，物理學(xué)家們夢(mèng)寐以求的“萬(wàn)有理論”（Theory of Everything），通常被設(shè)想為一組美妙的方程，我們?cè)?jīng)以為，只要找到了這組方程，把它們輸入一臺(tái)足夠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，就能描述宇宙中的一切。

但此次研究表明，這種想法可能從根本上就是錯(cuò)的，因?yàn)橐粋€(gè)完整且一致的現(xiàn)實(shí)描述，要求某種更深層的理解，這種理解無(wú)法被簡(jiǎn)化為計(jì)算，而這也就意味著，或許并不存在這樣一組能被寫進(jìn)計(jì)算機(jī)程序里的“萬(wàn)有理論”，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的豐滿程度會(huì)永遠(yuǎn)超越于算法的邊界之外。

參考資料：Consequences of Undecidability in Physics on the Theory of Everything，Journal of Holography Applications in Physics. DOI: 10.22128/jhap.2025.1024.1118