Astrophysical constraints on the simulation hypothesis for this Universe: why it is (nearly) impossible that we live in a simulation

宇宙模擬假說(shuō)的天文物理限制：為什么我們（幾乎）不可能生活在模擬中

https://www.frontiersin.org/journals/physics/articles/10.3389/fphy.2025.1561873/full

引言：“模擬假說(shuō)”（Simulation Hypothesis, SH）是一種激進(jìn)而發(fā)人深省的觀點(diǎn)，其哲學(xué)淵源古老而深厚（例如笛卡爾［1］與貝克萊［2］的著作），并在當(dāng)代文獻(xiàn)中屢有回響。該假說(shuō)主張：我們所感知的現(xiàn)實(shí)，實(shí)為一套計(jì)算機(jī)程序所生成的產(chǎn)物。

現(xiàn)代關(guān)于此議題的討論，通常援引波斯特羅姆（Bostrom）［3］一篇頗具影響力的文章；與此同時(shí)，若干同期的科幻電影亦對(duì)此主題的普及起到了推波助瀾的作用。

方法：我們考察三種情形：（1）對(duì)整個(gè)可觀測(cè)宇宙的模擬；（2）僅對(duì)地球的模擬；（3）一種與高能中微子觀測(cè)結(jié)果相容的、低分辨率的地球模擬。

結(jié)果：在所有情形下，模擬假說(shuō)所要求的能量或功率規(guī)模，要么完全違背物理定律，要么——即便在最低分辨率的情形下——其數(shù)值也達(dá)到（字面意義上的）天文級(jí)別之巨。唯有在物理規(guī)律與本宇宙截然不同的宇宙中，才有可能生成某種版本的本宇宙作為模擬結(jié)果。

討論：簡(jiǎn)而言之，無(wú)論未來(lái)技術(shù)如何高度發(fā)達(dá)，一個(gè)與本宇宙共享相同物理規(guī)律的宇宙，都不可能模擬出本宇宙。

關(guān)鍵詞：宇宙學(xué)、信息、模擬、黑洞、計(jì)算

1 引言
“模擬假說(shuō)”（Simulation Hypothesis, SH）是一種激進(jìn)且發(fā)人深省的觀點(diǎn)，具有古老而崇高的哲學(xué)淵源（例如笛卡爾［1］與貝克萊［2］的著作），并在當(dāng)代文獻(xiàn)中屢見回響；該假說(shuō)主張：我們所感知的現(xiàn)實(shí)，實(shí)為一個(gè)計(jì)算機(jī)程序的產(chǎn)物。

當(dāng)前關(guān)于該議題的討論，通常以波斯特羅姆（Bostrom）［3］一篇頗具影響力的文章為參照；盡管同期若干科幻電影亦對(duì)這一主題的普及起到了推動(dòng)作用。

盡管該話題廣受歡迎，卻鮮有科學(xué)層面的深入探討——乍看之下，它似乎完全超出了可證偽性的范疇，因而常被歸為社交媒體上的熱議話題與喧囂噪音。

一個(gè)顯著的例外是比恩（Beane）等人［4］的研究：他們通過(guò)考察一種特殊的立方時(shí)空格點(diǎn)模型，探究了模擬假說(shuō)（SH）可能產(chǎn)生的可觀測(cè)后果。他們發(fā)現(xiàn)，宇宙格點(diǎn)間距倒數(shù)的最嚴(yán)格上限約為 ，該結(jié)果源自宇宙線能譜的高能截?cái)唷Ｓ腥さ氖?，他們提出：可通過(guò)探測(cè)極高能宇宙線到達(dá)方向分布中是否存在與底層格點(diǎn)結(jié)構(gòu)相關(guān)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性破缺，來(lái)對(duì)SH進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。本文同樣將利用極高能宇宙線與中微子來(lái)約束SH，但采用的是完全不同的方法（例如，見第3.3節(jié)）。

我們的出發(fā)點(diǎn)是：“信息具有物理實(shí)在性”［5, 6］，因此，任何數(shù)值計(jì)算均需消耗特定數(shù)量的功率、能量與計(jì)算時(shí)間；而物理定律明確界定了哪些對(duì)象在何種條件下可被模擬。我們可借助這些基本概念，評(píng)估一個(gè)模擬系統(tǒng)在物理上是否可能（或根本不可能）重現(xiàn)我們所處的宇宙2——哪怕是某種低分辨率版本。

此外，信息處理所固有的強(qiáng)大物理本質(zhì)，甚至使我們得以勾勒出：若某一外部宇宙欲成功模擬我們，則其必須具備哪些物理性質(zhì)。

本文結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)介紹我們將用于估算模擬所需信息與能量預(yù)算的定量框架；第3節(jié)針對(duì)SH的不同情形給出我們的結(jié)果；第4節(jié)將對(duì)我們處理中若干未解問(wèn)題進(jìn)行批判性評(píng)述。結(jié)論部分匯總于第4.6節(jié)。

2 方法：全息原理與信息–能量等價(jià)性

為評(píng)估模擬某一給定系統(tǒng)所需資源，我們需量化：在宇宙的某一區(qū)域（或整體）中，最多可編碼多少信息。全息原理（Holographic Principle, HP）無(wú)疑是建立這一關(guān)聯(lián)的最有力工具。該原理源于對(duì)黑洞熱力學(xué)的建模，特別是貝肯斯坦界限（Bekenstein bound，見下文）：根據(jù)該界限，一個(gè)系統(tǒng)的最大熵與其所占據(jù)區(qū)域的邊界表面積成正比，而非與其體積成正比。

全息原理是反德西特/共形場(chǎng)論對(duì)應(yīng)（AdS/CFT correspondence）這一強(qiáng)大理論框架的核心，該對(duì)應(yīng)關(guān)系將五維時(shí)空中的弦論與引力理論，同四維無(wú)引力的量子場(chǎng)論聯(lián)系起來(lái)［7］。

依據(jù)全息原理，一個(gè)穩(wěn)定且漸近平直的時(shí)空區(qū)域，若其邊界面積為 A，則其完整描述所需自由度不超過(guò) A/4（以普朗克單位計(jì)），即約每普朗克面積（Planck area）對(duì)應(yīng)1比特信息，其定義見式（1）：

在式（2）中，R是能夠包圍該物質(zhì)系統(tǒng)的最小球體的周長(zhǎng)半徑，為簡(jiǎn)化起見，我們假設(shè)其處于（近似）歐幾里得時(shí)空；M為該系統(tǒng)的質(zhì)量。

接下來(lái)，我們可以使用經(jīng)典的信息-熵等價(jià)原理［11］，該原理指出：任何1比特測(cè)量所關(guān)聯(lián)的最小熵產(chǎn)生量由式（3）給出：

其中，log(2)反映了二元決策。對(duì)于單次1比特測(cè)量（或任何單次1比特翻轉(zhuǎn)，即一次計(jì)算操作），其熵的產(chǎn)生量可以大于這一基本量，但不能小于它；否則，熱力學(xué)第二定律將被違反。

因此，可能被編碼在全息面 A內(nèi)的總信息量（以[比特]為單位）由式（4）描述：

要將任意量的信息 I編碼到任一物理裝置中，需要消耗多少能量？計(jì)算與熱力學(xué)密切相關(guān)：在任何不可逆3 的計(jì)算過(guò)程中，信息必然被擦除；而信息擦除是一種物理過(guò)程——即將某一物理寄存器的可能狀態(tài)數(shù)減少至零。這必然導(dǎo)致計(jì)算裝置本身的熵減少，因此必須以宇宙中等量（或更大）的熵增加以補(bǔ)償。熱力學(xué)由此推導(dǎo)出：擦除信息必須通過(guò)散熱等方式耗散能量。擦除單個(gè)比特信息所對(duì)應(yīng)的最低能耗由“布里淵不等式”（Brioullin’s inequality）給出，見式（5）：

其中 T是能量耗散所處的（絕對(duì)）溫度。
若將此關(guān)系應(yīng)用于全息球面內(nèi)所能容納的最大信息量，則可得式（6）：

有趣的是，可以計(jì)算全息面內(nèi)所包含的能量 E與編碼同等信息量所需能量 EI之間的比值，該比值按式（7）的比例關(guān)系變化：

這在物理上意味著：即使在計(jì)算溫度低至約 1 K 的情況下，要完整描述一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部所有自由度所需的最小能量，也已超過(guò)該系統(tǒng)本身所含的實(shí)際能量——這一現(xiàn)象在系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到約 （即約 25 倍質(zhì)子質(zhì)量）或更大時(shí)就已出現(xiàn)。這一結(jié)論極具啟示性，因?yàn)樗沂玖耍簩?duì)任何宏觀（或天文尺度）物體進(jìn)行完整模擬，必然需要驚人的巨大能量；而這一認(rèn)識(shí)，反過(guò)來(lái)可使我們依據(jù)已知的天體物理限制，評(píng)估模擬假說(shuō)（SH）的物理可行性。

由式（4）推導(dǎo)出的具體界限，取決于所考慮的系統(tǒng)類型，以及半徑 R、能量 E和熵 S的具體定義方式［8, 14］。還需特別強(qiáng)調(diào)：貝肯斯坦推導(dǎo)公式中的一個(gè)關(guān)鍵假設(shè)是——系統(tǒng)的引力自相互作用可被忽略，這從公式中未出現(xiàn)牛頓引力常數(shù) G即可看出。盡管在本文所探討的應(yīng)用中，該假設(shè)基本成立，但我們注意到：對(duì)于黑洞等強(qiáng)引力系統(tǒng)，相關(guān)估算結(jié)果可能出現(xiàn)顯著偏差［8］。

3 結(jié)果：信息需求與能量限制
3.1 對(duì)可觀測(cè)宇宙的完整模擬

假設(shè)計(jì)算溫度等于當(dāng)前的微波背景輻射溫度。本模擬（以及下文所述的低分辨率情形）所需的關(guān)鍵能量與信息量匯總見表1。

正如預(yù)期，由于 ，整個(gè)可觀測(cè)宇宙內(nèi)根本沒有足夠的能量來(lái)模擬另一個(gè)在普朗克尺度上同樣精細(xì)的宇宙——甚至連存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所需的資源都遠(yuǎn)不可及。因此，將模擬假說(shuō)（SH）應(yīng)用于整個(gè)宇宙時(shí)，因其所需的能量數(shù)量難以想象，該假說(shuō)被徹底否定。

如上所述，若用霍金–貝肯斯坦公式替代貝肯斯坦界限，可得出關(guān)于宇宙總信息含量的不同估算值；該公式用于計(jì)算若宇宙被壓縮成一個(gè)黑洞時(shí)所具有的熵，詳見式（11）：

這與近期文獻(xiàn)中的類似估算結(jié)果一致（Egan 和 Lineweaver［15］），前提是將前述公式所依據(jù)的體積從“可觀測(cè)宇宙”重新調(diào)整為“宇宙事件視界內(nèi)”的體積；另見 Profumo 等人［16］給出的更近似估算。該數(shù)值顯然遠(yuǎn)大于迄今為止天體物理學(xué)領(lǐng)域最富挑戰(zhàn)性的“宇宙學(xué)”模擬所產(chǎn)生的信息量（例如，Illustris-1 模擬中產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)約為 比特，Vogelsberger 等人［17］）。

由此得出第一項(xiàng)結(jié)論：以完整分辨率（即精確到普朗克尺度）模擬我們整個(gè)可觀測(cè)宇宙，在物理上是不可能的。

3.2 對(duì)地球的完整模擬

因此，僅對(duì)地球這樣一個(gè)行星進(jìn)行完整模擬的初始化過(guò)程，就需要將一個(gè)典型球狀星團(tuán)的全部恒星質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，或使用相當(dāng)于解開銀河系內(nèi)所有恒星與物質(zhì)成分所需的等量能量。

此外，這樣一臺(tái)“木星級(jí)”的計(jì)算機(jī)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)中都必須持續(xù)獲得同等數(shù)量的能量，同時(shí)所有耗散的能量必須以某種方式釋放到系統(tǒng)外部（且不能升高計(jì)算溫度）。

有趣的是，桑德伯格（Sandberg）［12］曾在理論上探討過(guò)此類行星尺度計(jì)算機(jī)，他全面研究了與熱耗散、計(jì)算功率、連接性及帶寬相關(guān)的所有實(shí)際限制，最終估算出一臺(tái)現(xiàn)實(shí)可行的“木星級(jí)”計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)約 比特信息。這一數(shù)字令人印象深刻，但仍比編碼我們星球所在全息面內(nèi)最大信息量所需的比特?cái)?shù)少了27個(gè)數(shù)量級(jí)。即使暫且忽略這種巨型計(jì)算機(jī)在理論容量與現(xiàn)實(shí)容量之間巨大的差距，下一個(gè)問(wèn)題在于：將如此龐大的質(zhì)量和能量集中于如此有限的體積內(nèi)，必然會(huì)產(chǎn)生極高的能量輻射和加熱效應(yīng)——正如標(biāo)準(zhǔn)黑洞及其吸積盤所表現(xiàn)的那樣。

如果一個(gè)黑洞正在主動(dòng)吸積物質(zhì)，那么被吸積物質(zhì)所獲得的動(dòng)能溫度會(huì)非常高，并由式（15）給出：

由此得出第二項(xiàng)結(jié)論：以完整分辨率（即精確到普朗克尺度）模擬地球在實(shí)踐上是不可能的，因?yàn)樗枰@取相當(dāng)于一個(gè)星系規(guī)模的能量。

3.3 地球的低分辨率模擬

接下來(lái)，我們將探討對(duì)地球進(jìn)行“部分”或“低分辨率”模擬的可能性——在這種模擬中，僅需分辨那些人類實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)通常能探測(cè)到的尺度，而對(duì)于更小的尺度，則采用某種“子網(wǎng)格”物理模型來(lái)處理。

普朗克尺度 lp是我們所知物理學(xué)的核心，但它本身并非任何方式下可直接測(cè)量的尺度。在模擬假說(shuō)（SH）的框架內(nèi)，完全可以設(shè)想：lp仍出現(xiàn)在我們的物理方程中，但模擬實(shí)際上是在一個(gè)更粗糙的尺度上離散化我們的現(xiàn)實(shí)，從而提供一種“低分辨率”模擬?。

4 討論

毋庸置疑，在如此模糊不清的物理學(xué)探討中，諸多假設(shè)均可受到質(zhì)疑，亦可探索若干替代模型。在此，我們回顧幾項(xiàng)看似相關(guān)的可能性——盡管可以預(yù)見，模擬假說(shuō)（SH）的擁護(hù)者或許仍會(huì)找出其他“脫身”途徑。

4.1 高度并行計(jì)算能否使低分辨率地球的模擬成為可能？

一個(gè)合理的問(wèn)題是：高度并行計(jì)算是否能顯著減少第3.3節(jié)末尾所估算的計(jì)算時(shí)間？一般來(lái)說(shuō)，若所需的計(jì)算是串行的，能量可集中于計(jì)算機(jī)的特定部分；而若計(jì)算可并行化，則能量可均勻分布在計(jì)算機(jī)的不同部分。

4.2 如果時(shí)間步長(zhǎng)不由中微子觀測(cè)決定呢？

4.3 那么量子計(jì)算呢？

通過(guò)利用疊加與糾纏等基本量子特性，量子計(jì)算機(jī)在大量數(shù)學(xué)運(yùn)算上優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)［38］。原則上，量子算法在內(nèi)存使用上更高效，并可通過(guò)執(zhí)行指數(shù)級(jí)更少的步驟來(lái)減少時(shí)間和能量需求［39］。然而，這些相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的重要優(yōu)勢(shì)，并不能改變本文所分析的模擬假說(shuō)（SH）相關(guān)問(wèn)題——這些問(wèn)題純粹源于時(shí)空、信息密度與能量之間的關(guān)系。根據(jù)全息原理（HP），此處所用的信息上限是在給定半徑 R的全息面上所能容納的最大值，無(wú)論采用何種實(shí)際技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)或處理該信息濃度。此外，我們估算的計(jì)算功率并非源于對(duì)當(dāng)前經(jīng)典計(jì)算技術(shù)性能的外推，而是代表了在未來(lái)的設(shè)想情景中——當(dāng)黑洞可用作終極計(jì)算設(shè)備時(shí)——所能達(dá)到的最大可能性能。總之，盡管量子計(jì)算在原則上可能是達(dá)到黑洞尺度（或任何其他不那么極端的計(jì)算設(shè)備）下物理允許的最大計(jì)算速度的實(shí)際途徑，但這項(xiàng)技術(shù)仍無(wú)法突破目前物理學(xué)所理解的極限。

4.4 如果全息原理不適用呢？

一種可能性是，無(wú)論出于何種原因，全息原理（HP）并不能作為給定物理系統(tǒng)信息含量的可靠代理。值得提醒的是，全息原理規(guī)定信息的最大容量應(yīng)與系統(tǒng)的表面積（而非體積）成正比；因此，與所有其他假設(shè)信息量隨體積增長(zhǎng)的代理模型相比，它通常已提供了一個(gè)非常保守（即偏?。┑男畔㈩A(yù)算估算值。從這個(gè)意義上說(shuō)，本文所采用的估算值（包括第3.3節(jié)中關(guān)于地球低分辨率模擬的部分）本身已是相對(duì)保守的低估值。如果全息原理不成立，那么在給定半徑 R的表面上便可編碼更多的比特?cái)?shù)（這與我們對(duì)黑洞物理的理解相矛盾）。這雖然允許使用更小型的計(jì)算設(shè)備，但同時(shí)也會(huì)要求更大的計(jì)算功率，從而使模擬假說(shuō)（SH）更加不可信。另一方面，盡管全息原理規(guī)定了在一定時(shí)空區(qū)域內(nèi)可編碼的最大信息量，但被封閉系統(tǒng)的實(shí)際演化過(guò)程或許可用更少的信息比特來(lái)描述。例如，在Vazza近期的工作［40, 41］中，我們運(yùn)用信息論的數(shù)學(xué)工具［42, 43］表明：在宏觀尺度上，可觀測(cè)宇宙內(nèi)宇宙網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)演化僅需使用（僅僅）約 比特的信息即可編碼。當(dāng)然，這遠(yuǎn)小于第3.1節(jié)中引用的、基于全息原理得出的 比特的估算值。

然而，后者包含了從所有尺度——直至普朗克基本長(zhǎng)度 ——上可能發(fā)生的所有可能演化過(guò)程，其中顯然會(huì)發(fā)生大量多尺度現(xiàn)象。盡管“涌現(xiàn)”（emergence）概念以及對(duì)復(fù)雜多尺度現(xiàn)象進(jìn)行高效預(yù)測(cè)的工具，是壓縮描述特定尺度上物理模式所需信息量的強(qiáng)大而有用的手段［44］，但要實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全無(wú)誤差的多尺度系統(tǒng)模擬，似乎仍需要大得多的信息量。本質(zhì)上，我們將得出結(jié)論：雖然可以設(shè)想，為完整捕捉在不同尺度上出現(xiàn)的多尺度現(xiàn)象的演化所實(shí)際需要的信息量可以進(jìn)一步減少，但本文所引用的信息預(yù)算不可能被縮減幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

4.5 劇情反轉(zhuǎn)：一個(gè)被模擬的宇宙，模擬了“真實(shí)”宇宙可能的樣子

我們的結(jié)果表明，在任何物理規(guī)律與我們宇宙相同的宇宙中，無(wú)論技術(shù)如何進(jìn)步，模擬假說(shuō)（SH）都不可能實(shí)現(xiàn)。

然而，上述所列限制或許可以通過(guò)改變我們形式體系中某些基本常數(shù)的取值來(lái)規(guī)避——前提是這些常數(shù)值與它們?cè)诒居钪嬷械臉?biāo)準(zhǔn)值有根本性不同。要對(duì)其他宇宙中運(yùn)行的不同物理規(guī)律做出任何大致一致的描述，本身已是不可能的任務(wù)，更不用說(shuō)猜測(cè)哪些常數(shù)組合仍能允許任何形式的智能生命發(fā)展。盡管如此，為了論證的目的，我們做出一個(gè)非常大膽的假設(shè)：在所有探索的變體中，某種形式的智能生命都能形成，并且會(huì)對(duì)計(jì)算和模擬感興趣。在此假設(shè)下，我們可以探索之前建模中涉及的基本常數(shù)值的數(shù)值變化，以查看是否存在某些組合，使得對(duì)我們星球的低分辨率模擬在有限的時(shí)間和能量條件下成為可能。

因此，在這個(gè)最終的劇情反轉(zhuǎn)中（其諷刺意味不應(yīng)被忽略），這個(gè)宇宙（它本身可能就是一個(gè)模擬）試圖通過(guò)蒙特卡洛方法模擬“外面的真實(shí)宇宙”可能是什么樣子，以便使本宇宙的模擬成為可能。我們假設(shè)所有已知的物理定律在所有宇宙中都有效，但允許每個(gè)關(guān)鍵的基本常數(shù)在不同實(shí)現(xiàn)中隨機(jī)變化。為便于練習(xí)，我們將固定低分辨率模擬地球所需的信息總量（如第3.3節(jié)所述，比特），并考慮每個(gè)宇宙中執(zhí)行該模擬所需的黑洞霍金溫度。

總體而言，該模擬表明，確實(shí)存在某些參數(shù)組合，可以使地球的低分辨率版本模擬假說(shuō)（SH）成為可能（類似地，高分辨率版本的SH也存在可能組合），盡管它們與本宇宙的物理常數(shù)相比需要相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本文的目標(biāo)并非進(jìn)一步探討這些眾多可能組合中哪些在已知物理學(xué)框架內(nèi)有意義、能否支持生命，以及那些假想的生命形式是否會(huì)對(duì)數(shù)字技術(shù)和物理感興趣——正如我們自己一樣?。

4.6 如果執(zhí)行模擬的宇宙與我們的宇宙完全不同呢？

猜測(cè)在一個(gè)擁有截然不同物理定律的宇宙中，能量和信息守恒定律如何適用，甚至這些定律是否應(yīng)該首先適用，似乎是不可能的——而這完全阻止了我們?nèi)ゲ聹y(cè)在這種情況下模擬假說(shuō)（SH）是否可能。例如，在20世紀(jì)80年代著名的吃豆人（Pac-Man）電子游戲中，假設(shè)存在的有意識(shí)生物將根本無(wú)法理解其現(xiàn)實(shí)所處宇宙的約束條件，即使基于他們所能收集到的所有周圍信息。他們不會(huì)猜想到引力的存在；他們可能會(huì)用“能量豆”（Power Pellets）來(lái)衡量能量成本；他們不會(huì)構(gòu)想出第三維度或膨脹時(shí)空的存在，等等。即使他們最終能意識(shí)到自身現(xiàn)實(shí)的顆粒性，并做出生活在模擬中的正確假設(shè)，他們也永遠(yuǎn)無(wú)法猜到“真實(shí)宇宙”（即“我們的”宇宙，如果它確實(shí)是真實(shí)的）在物理意義上是如何運(yùn)作的。在這方面，我們的建模表明，只有當(dāng)模擬宇宙至少遵循物理學(xué)的基本規(guī)則時(shí)，模擬假說(shuō)才可被合理檢驗(yàn)——而其他一切情況1? 似乎都超出了可證偽性的界限，甚至超出了理論推測(cè)的范圍。

5 結(jié)論

我們運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)物理定律，檢驗(yàn)了本宇宙或其某種低分辨率版本是否可能是數(shù)值模擬的產(chǎn)物——正如流行的模擬假說(shuō)［3］所提出的那樣。

第一個(gè)關(guān)鍵結(jié)果是：模擬假說(shuō)面臨大量必須滿足的物理約束，因?yàn)槿魏斡?jì)算都必然受制于物理規(guī)律。我們報(bào)告稱，這些約束要求的能量或計(jì)算能力如此之高，以至于本文測(cè)試的所有看似合理的方案（旨在重現(xiàn)人類所體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)的一部分）都需要獲取難以想象的巨大資源。我們確信，這明確證明了“矩陣”場(chǎng)景（Matrix scenario）對(duì)于模擬假說(shuō)是不可能的——即我們的現(xiàn)實(shí)是由未來(lái)后裔、機(jī)器或任何其他智能體在一個(gè)與我們（認(rèn)為自己）生活的宇宙完全相同的宇宙中創(chuàng)造出來(lái)的模擬——這一場(chǎng)景曾因1999年的電影《黑客帝國(guó)》等作品而廣為人知。我們已證明，該假說(shuō)與我們所知的一切物理知識(shí)完全不相容，其尺度甚至已被望遠(yuǎn)鏡、高能粒子對(duì)撞機(jī)以及地球上的其他直接實(shí)驗(yàn)充分探索過(guò)。

那么，如果我們的現(xiàn)實(shí)本身是另一個(gè)模擬的產(chǎn)物，而該模擬所依據(jù)的物理定律（例如基本常數(shù)）與我們現(xiàn)實(shí)中的不同呢？本工作的第二個(gè)結(jié)果是：即便在這種令人不安的情境下，我們?nèi)阅芊€(wěn)健地限制模擬我們現(xiàn)實(shí)的宇宙中允許的物理常數(shù)范圍。從這個(gè)意義上說(shuō)，計(jì)算與能量之間強(qiáng)大的物理聯(lián)系提供了一種迷人的方法，將假設(shè)的不同層級(jí)現(xiàn)實(shí)連接起來(lái)，每一層級(jí)都遵循相同的物理規(guī)則。在我們極其簡(jiǎn)化的蒙特卡洛掃描模型中，存在大量不同的基本常數(shù)組合，盡管我們不敢猜測(cè)哪些組合可能與穩(wěn)定宇宙、行星形成及智能生命的進(jìn)一步涌現(xiàn)相容。重要的是，每一個(gè)此類解決方案都意味著一個(gè)與本宇宙截然不同的宇宙。最后，關(guān)于具有完全不同的物理定律或維度的宇宙能否產(chǎn)生我們宇宙作為模擬的問(wèn)題，似乎完全超出了科學(xué)上可檢驗(yàn)的范疇，即使在理論上也是如此。

在此刻，我們應(yīng)當(dāng)注意到，一種可能的“模擬假說(shuō)”，它不對(duì)計(jì)算施加明顯的約束，或許就是唯我論場(chǎng)景——即模擬僅模擬讀者的大腦活動(dòng)（沒錯(cuò)，就是你），而其余一切都是精致且非常詳細(xì)的幻覺。從這個(gè)意義上講，這并非什么新概念，它類似于笛卡爾的“邪惡天才”或“騙人的上帝”——也就是說(shuō)，出于某種原因，整個(gè)宇宙以某種模擬形式被創(chuàng)造出來(lái)，只為不斷欺騙我們——這是“玻爾茲曼大腦”[45] 的現(xiàn)代版本。相反，一種更矛盾的情景是：模擬僅模擬單個(gè)個(gè)體的大腦活動(dòng)，但這會(huì)迅速陷入本文所揭示的模擬假說(shuō)的局限之中：共享且一致的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)需要一個(gè)連貫的模擬世界模型，而一旦涉及物理實(shí)驗(yàn)，這種模型很快就會(huì)演變?yōu)閷?duì)地球乃至極小尺度的過(guò)度苛求的模擬。

在這條融合了物理學(xué)、計(jì)算學(xué)與哲學(xué)的迷人交叉路口，值得注意的是，模擬假說(shuō)最極端的自我中心版本似乎特別難以用物理學(xué)來(lái)檢驗(yàn)或駁斥，因?yàn)楹笳叽_實(shí)似乎完全依賴于一個(gè)獨(dú)立于觀察主體的現(xiàn)實(shí)概念——無(wú)論是真實(shí)的還是模擬的。然而，像本文所嘗試的這種定量分析的可能性也表明，物理學(xué)的力量是巨大的——即使是最離奇、最極端的關(guān)于我們現(xiàn)實(shí)的主張，也必須落在物理學(xué)能夠調(diào)查、檢驗(yàn)和駁斥的范圍內(nèi)。

幸運(yùn)的是，即使在所有可能性中最有可能的情形下（即宇宙并非一個(gè)模擬），物理學(xué)有待探究的奧秘?cái)?shù)量依然如此龐大，以至于即使放棄這個(gè)引人入勝的話題，也不會(huì)讓科學(xué)變得不那么有趣。

https://www.frontiersin.org/journals/physics/articles/10.3389/fphy.2025.1561873/full