我们生活在模拟中吗？ 机会约为50–50

在讨论物理定律时，喜剧演员通常不会给天体物理学家带来颠簸。但是喜剧演员查克·尼斯（Chuck Nice）在最近播出的《星语谈话》（StarTalk）中做到了这一点。该节目的主持人尼尔·戴格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）刚刚解释了模拟的论点，即我们可以是生活在计算机模拟中的虚拟生物。如果是这样，则模拟很可能会按需创建对现实的感知，而不是一直模拟所有现实，这很像视频游戏，优化后的效果只是使场景的一部分对玩家可见。节目的共同主持人尼斯说：“也许这就是为什么我们不能以比光速快的速度行进，因为如果可以的话，我们将能够到达另一个星系。”天体物理学家高兴地说道：“在对其进行编程之前，” “所以程序员设置了这个限制。”

这样的对话似乎很轻松。但是自从牛津大学的尼克·博斯特罗姆（Nick Bostrom）于2003年发表有关模拟论证的开创性论文以来，哲学家，物理学家，技术人员，乃至喜剧演员就一直在努力将我们的现实视为模拟。有些人试图确定辨别我们是被模拟的人的方式。其他人试图计算我们成为虚拟实体的机会。现在，一项新的分析表明，我们生活在基本现实中（即未经模拟的存在）的几率几乎相等。但是这项研究还表明，如果人类要发展出模拟有意识生物的能力，那么成为他人计算机内的虚拟居民的机会也将以绝对优势转向我们。 （该结论的警告是，关于“意识”一词的含义几乎没有共识，更不用说如何模拟它了。）

在2003年，Bostrom设想了一种技术娴熟的文明，它具有巨大的计算能力，并且需要一部分能力来模拟其中有意识的存在的新现实。在这种情况下，他的仿真论据表明，以下三难困境中至少有一个命题是正确的：首先，人类几乎总是在达到精通仿真的阶段之前就灭绝了。其次，即使人类已经达到了那个阶段，他们也不大可能对模拟自己的祖先过去感兴趣。第三，我们生活在模拟中的可能性接近于一。

在Bostrom之前，电影《黑客帝国》已经发挥了其作用，以普及模拟现实的概念。从柏拉图的洞穴寓言到庄周的蝴蝶梦，这个想法都植根于西方和东方的哲学传统。最近，埃隆·马斯克（Elon Musk）进一步支持了我们的现实是模拟的概念：“我们处于基本现实中的可能性是十亿分之一，”他在2016年的一次会议上说。

哥伦比亚大学的天文学家戴维•基平（David Kipping）表示：“如果假设（命题）三个难题中的一个和两个都是错误的，那么麝香是对的。” “你怎么能假设呢？”

为了更好地处理Bostrom的模拟论证，Kipping决定采用贝叶斯推理。这种分析使用贝叶斯定理，该定理以18世纪英国统计学家兼部长Thomas Bayes命名。贝叶斯分析允许通过首先对要分析的事物进行假设（将其分配为“先验”概率）来计算某件事发生的几率（称为“后验”概率）。

晋级始于将两难困境变为两难困境。他将第一个和第二个命题折叠成一个陈述，因为在这两种情况下，最终结果都是没有模拟。因此，两难选择使物理假设（没有模拟）与模拟假设（存在基本现实，并且也存在模拟）相对。 Kipping说：“您只需为每个模型分配先验概率即可。” “我们只是假设冷漠原则，这是当您没有任何数据或任何一种倾向时的默认假设。”

因此，每个假设获得的先验概率为一半，就好比是要掷硬币决定下注一样。

分析的下一阶段需要考虑“相似的”现实（可以生成其他现实的现实）和“非现实”的现实（无法模拟后代现实的现实）。如果物理假设是正确的，那么我们生活在零空间宇宙中的概率将很容易计算：100％。然后Kipping表明，即使在模拟假设中，大多数模拟现实也将是零散的。这是因为随着模拟产生更多的模拟，每个后代可用的计算资源逐渐减少，以至于绝大多数现实将是那些不具备模拟能够承载有意识生物的后代现实所需的计算能力的现实。

将所有这些都插入贝叶斯公式中，就会得出答案：我们生活在基本现实中的后验概率与我们在模拟中的后验概率几乎相同-几率倾向于基本现实，而概率只有一个斯米德根。

如果人类在其中有意识的存在的情况下创建了模拟，则这些概率将发生巨大变化，因为这样的事件将改变我们先前分配给物理假设的机会。 “您可以立即排除[假设]。这样一来，您只剩下模拟假设了。” Kipping说。 “根据这些计算，当我们发明这项技术的那一天，它使我们将​​真实存在的几率从优于50–50的几率转变为几乎可以肯定不是真实的。那天我们天才的庆祝非常奇怪。”

Kipping分析的结果是，根据目前的证据，马斯克对于他归因于我们生活在基础现实中的十亿分之一的赔率是错误的。 Bostrom对此结果表示赞同，但有一些警告。他说：“这与模拟论证没有冲突，模拟论证仅断言了析取。”认为三难的三个命题之一是正确的。

但是Bostrom拒绝了Kipping在分析开始时为物理和模拟假设分配相等的先验概率的选择。他说：“在这里援引冷漠原则是很不稳定的。” “一个人同样可以在我最初的三个选择中调用它，然后每个选择都会给他们三分之一的机会。否则，人们可能会以其他方式扩大可能性空间，并希望得到任何结果。”

这种说法是有效的，因为没有证据支持一项要求高于其他要求。如果我们能找到模拟的证据，那情况将会改变。那么您能检测出矩阵中的故障吗？

加州理工学院计算数学专家侯曼·奥瓦迪（Houman Owhadi）考虑了这个问题。他说：“如果模拟具有无限的计算能力，那么您将无法看到自己生活在虚拟现实中，因为它可以按照您想要的真实程度来计算您想要的任何东西。” “如果能够检测到该事物，则必须从其具有有限的计算资源的原则开始。”再想一想视频游戏，其中许多游戏都依靠聪明的编程来最小化构建虚拟世界所需的计算。

对于Owhadi而言，寻找由此类计算捷径所产生的潜在悖论的最有前途的方法是通过量子物理实验。量子系统可以存在于状态的叠加中，并且这种叠加由称为波函数的数学抽象来描述。在标准量子力学中，观察行为使该波函数随机塌陷为许多可能状态之一。物理学家对于崩溃的过程是真实的还是仅仅反映了我们对系统知识的改变持不同意见。 Owhadi说：“如果只是纯模拟，就不会崩溃。” “一切都取决于您的决定。剩下的只是模拟，就像您在玩这些视频游戏时一样。”

为此，Owhadi和他的同事们研究了双缝实验的五个概念变体，每个变体旨在进行一次模拟。但是他承认，目前尚无法知道这种实验是否可行。 “那五个实验仅仅是个推测，”奥瓦迪说。

马里兰大学学院公园分校的物理学家Zohreh Davoudi也提出了这样的想法，即使用有限的计算资源进行的模拟可以展现自己。她的工作重点是强大的相互作用或强大的核力量-自然的四个基本力量之一。描述强相互作用的方程将夸克结合在一起，形成质子和中子，这些方程是如此复杂，以至于无法通过解析来求解。为了理解强相互作用，物理学家被迫进行数值模拟。而且，与任何假定的具有超强计算能力的超文明不同，它们必须依靠快捷方式才能使这些模拟在计算上可行-通常是通过考虑时空是离散的而不是连续的。到目前为止，研究人员设法从这种方法中获得的最先进的结果是模拟了由两个质子和两个中子组成的单个氦原子核。

“自然地，您开始问，如果您今天模拟一个原子核，也许是十年后，我们可以做一个更大的核；也许在20或30年后，我们就可以制造一个分子。”达沃迪说。 “在50年内，谁知道呢，也许您可​​以做几英寸大小的事情。也许在100年左右的时间里，我们就可以做[人]脑。”

达沃迪（Davoudi）认为，传统计算机很快就会陷入困境。她说：“在未来的10到20年中，我们将真正看到经典的物理系统模拟的极限。”因此，她将目光投向了量子计算，量子计算依靠叠加和其他量子效应来解决某些难以解决的计算问题，而这是经典方法无法实现的。达沃迪说：“如果量子计算真正实现，就我们而言，这是一个大规模，可靠的计算选择，那么我们将进入一个完全不同的仿真时代。” “如果我拥有一台可行的量子计算机，我将开始考虑如何进行强相互作用物理和原子核的仿真。”

所有这些因素导致Davoudi推测了模拟假设。如果我们的现实是仿真，那么仿真器也可能会将时空离散化以节省计算资源（当然，假定它使用与我们的物理学家相同的机制进行仿真）。在高能宇宙射线到达的方向上可以潜在地看到这种离散时空的特征：由于所谓的旋转对称性的破坏，它们在天空中将具有优先的方向。

达沃迪说，望远镜“还没有观察到与旋转不变性有关的任何偏差”。即使可以看到这种效果，也不会构成我们生活在模拟中的明确证据。基础现实本身可能具有相似的属性。

尽管有自己的研究，但Kipping担心在模拟假说上的进一步工作还很薄。他说：“对于我们是否生活在仿真之中，可以说是不可测的。” “如果它不能被证伪，那么你怎么能说它真的是科学呢？”

对他来说，有一个更明显的答案：奥卡姆剃须刀，它说在没有其他证据的情况下，最简单的解释更有可能是正确的。模拟假设很复杂，假设现实嵌套在现实之上，并且模拟实体永远无法说出它们在模拟内部。 Kipping说：“由于奥卡姆（Occam）的剃须刀首先是这样一个过于复杂，精心设计的模型，因此与简单的自然解释相比，它确实不受欢迎。”

也许毕竟我们生活在基本现实中，尽管存在矩阵，麝香和怪异的量子物理学。