反轉(zhuǎn)，科學(xué)家證明，從物理上講，我們不可能生活在模擬中

模擬假說(shuō)——即我們生活在由遙遠(yuǎn)后代在“真實(shí)”宇宙中創(chuàng)造的模擬宇宙中的觀點(diǎn)——已被徹底否定。

意大利物理學(xué)家弗蘭科·瓦扎（Franco Vazza），一位天體物理模擬研究專家，在其新論文中指出，即使在宇宙內(nèi)部模擬其一小部分也是不可能的。

這一結(jié)論看似顯而易見(jiàn)。盡管宇宙內(nèi)部可能比表面看起來(lái)更大，但要在其內(nèi)部完整再現(xiàn)整個(gè)宇宙似乎是不可能的。

結(jié)論的核心在于能量。研究表明，創(chuàng)造信息需要一定能量，而擦除信息則需要更多能量。在模擬過(guò)程中，擦除信息是常態(tài)。例如，將兩個(gè)比特進(jìn)行“與”運(yùn)算（AND operation）時(shí)會(huì)丟失信息：1 AND 0 等于 0，0 AND 0 也等于 0，你無(wú)法得知原始兩個(gè)比特的值，信息就這樣消失了。

我們知道，熵與信息是等價(jià)的。信息并非僅存在于思想中，它是物理實(shí)體。因?yàn)樾畔⒕哂形锢韺傩?，?chuàng)造和擦除信息都需要能量。模擬本質(zhì)上是信息的創(chuàng)造與銷毀過(guò)程，將時(shí)間 t 的信息狀態(tài)轉(zhuǎn)化為時(shí)間 t+1 的狀態(tài)，每一次比特轉(zhuǎn)換都需要能量。

熱力學(xué)第二定律告訴我們，在封閉系統(tǒng)中，熵（以及信息）只能保持不變或增加。如果某個(gè)過(guò)程（如上述“與”運(yùn)算）導(dǎo)致信息減少，則必須通過(guò)開(kāi)放系統(tǒng)將多余信息導(dǎo)出。

論文指出，這一過(guò)程的能量成本極高。模擬整個(gè)宇宙所需的能量甚至超過(guò)宇宙本身的能量總量。作者巧妙地利用黑洞理論來(lái)論證這一點(diǎn)。

眾所周知，黑洞通常是由坍縮恒星形成的，它們并非不發(fā)光，而是因?yàn)楣鉄o(wú)法逃脫其強(qiáng)大的引力。黑洞的質(zhì)量如此巨大，以至于扭曲了周圍的時(shí)空。靠近黑洞時(shí)，時(shí)間流逝變慢，到了事件視界（無(wú)法逃脫的邊界）時(shí)，時(shí)間幾乎停止。

黑洞的熵與事件視界的表面積成正比，這是物理學(xué)中最奇特的發(fā)現(xiàn)之一，由貝肯斯坦（Bekenstein）在20世紀(jì)70年代提出。

我們通常認(rèn)為，一個(gè)物體的信息量與其體積成正比。例如，一個(gè)裝滿SD卡的球體，其信息量應(yīng)隨體積增加而增加：半徑翻倍，SD卡數(shù)量增加8倍。然而，對(duì)于黑洞，信息量似乎僅與其表面積相關(guān)，半徑翻倍，信息量?jī)H增加4倍。

許多科學(xué)家認(rèn)為，宇宙本身也遵循全息原理，即宇宙中的所有信息都編碼在其表面積上，呈現(xiàn)為三維全息投影。

作者利用這一原理計(jì)算了在一個(gè)全息宇宙中編碼另一個(gè)全息宇宙所需的信息量。結(jié)果表明，對(duì)于任何稍具規(guī)模的全息系統(tǒng)（質(zhì)量超過(guò)幾十只跳蚤），編碼所需能量都超過(guò)該系統(tǒng)所能承載的能量。

這意味著，宇宙的能量不足以支持在普朗克尺度（可測(cè)量的最小尺度）上模擬整個(gè)宇宙。甚至，宇宙連啟動(dòng)模擬所需的信息存儲(chǔ)空間都不夠。

作者進(jìn)一步計(jì)算了模擬地球在普朗克尺度上的能量成本，得出需要將一個(gè)球狀星團(tuán)（約10萬(wàn)顆恒星）的全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。另一個(gè)例子是，模擬地球所需的能量相當(dāng)于解構(gòu)整個(gè)銀河系的結(jié)合能，也就是說(shuō)，必須將銀河系逐星拆解才能獲得足夠能量。

如果不追求普朗克尺度，而僅模擬到當(dāng)代物理學(xué)尺度，情況似乎稍有緩解，但作者指出，即便是物理上可行的計(jì)算機(jī)，也需要數(shù)百萬(wàn)年才能計(jì)算地球上的一秒鐘。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)的運(yùn)行速度與其工作溫度成正比。

為了模擬，作者假設(shè)使用黑洞，因?yàn)楹诙词菍⒆銐蛐畔⒕奂谝黄疬M(jìn)行模擬的最佳選擇。未來(lái)，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的超級(jí)計(jì)算機(jī)可能都會(huì)是黑洞。

然而，計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度受限于海森堡不確定性原理，這決定了比特從一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換速度。

你可能會(huì)說(shuō)，那就用并行計(jì)算吧！

但2000年《自然》雜志的一篇論文解釋得很清楚：無(wú)論將給定能量分配給并行處理器還是集中于少數(shù)處理器，整體速度并不會(huì)提高。最終限制在于信息存儲(chǔ)介質(zhì)的量子躍遷時(shí)間，而這取決于處理器可用的能量。海森堡原理不允許在較低溫度下實(shí)現(xiàn)更快計(jì)算。

那就提高溫度吧！你可能會(huì)說(shuō)。

但問(wèn)題在于溫度有上限。圍繞黑洞的計(jì)算介質(zhì)中最熱的區(qū)域是吸積盤（落入事件視界的物質(zhì)），其溫度極限約為1000萬(wàn)開(kāi)爾文。

即便如此，一個(gè)擁有1000萬(wàn)開(kāi)爾文吸積盤的黑洞，計(jì)算速度仍然不足以模擬低分辨率的地球。

那用量子計(jì)算機(jī)呢？

我們的后代應(yīng)該不會(huì)用經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)模擬我們吧？

結(jié)果表明，這也沒(méi)用。所有論證都圍繞比特、能量和黑洞，量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

量子計(jì)算機(jī)在理論上可以更快解決某些問(wèn)題，但并非如媒體炒作般完全不同。

如果全息原理是錯(cuò)的呢？

畢竟，這只是一個(gè)假說(shuō)。

結(jié)果是，如果全息原理錯(cuò)誤，問(wèn)題反而更糟。因?yàn)樵谌S宇宙中，信息量會(huì)更多，模擬的難度更大。如果宇宙維度更少，情況可能會(huì)有所改善。

如果只模擬我們，而非整個(gè)宇宙或地球呢？

或許只有我們的意識(shí)和感官被模擬，其他都不存在。然而，即使只模擬大腦，也需要模擬大量現(xiàn)實(shí)以保持物理一致性，這種模擬很快也會(huì)遇到物理極限。

如果只有你一個(gè)人被模擬，而我們都不存在呢？

那樣確實(shí)會(huì)簡(jiǎn)單得多，但這就陷入了唯我論。從哲學(xué)角度看，如果你相信自己被模擬而我們不存在，那么我說(shuō)什么都無(wú)關(guān)緊要了。

那我們完全不可能是模擬的嗎？

唯一可能的情況是，模擬我們的另一個(gè)宇宙與我們的宇宙截然不同，擁有不同的物理定律，或者我們對(duì)自己宇宙物理定律的理解有重大錯(cuò)誤。

但我認(rèn)為更合理的解釋是，我們生活在真實(shí)的宇宙中，沒(méi)有任何人或物在模擬我們。