我们活在真实世界还是模拟人生？

zhixun

哲学家和物理学家称，我们可能活在一个计算机模拟世界中，但是我们要如何判断？真相如何到底重要吗？
译者：万古杂志中文项目原文作者：Matthew R Francis
发布：2014-08-16 00:53:44
作者丨Matthew Francis（专攻物理学及天文学的科学作家和演说家） 译者丨sibyl玥

我们人类是不可能永远存在的。不论如何，人类终将从宇宙中消失。但是，在我们消失之前，我们的计算机能力或许已经足够强大，能够极尽详细地模拟人类的经验。一些哲学家和物理学家已经开始思考，我们是否早已走到了这一步。或许，我们正身处一个计算机模拟中，我们体验到的现实只不过是该程序的一部分而已。
现代计算机技术极其复杂，而量子计算（quantum computing）的出现使其更加复杂。通过这些强大的机器，我们将能够大规模地模拟更加复杂的物质系统（physical system），其中可能包括完整的生物体，甚至人类。但是，为什么要在这里止步不前呢？
这一想法并没有它听起来那么疯狂。最近，两位哲学家表示，如果我们承认电脑硬件最终会变得极为复杂，那么，我们很有可能已经是一种“先人模拟”（ancestor simulation），即未来人类对过去的虚拟重现的一部分了。同时，三位核物理学家以“所有科学程序都要做出简化假设”（simplifying assumption）这一观念为基础，提出了一种检验这一假说的方法。他们认为，如果我们活在一个模拟之中，那么我们可以通过实验来检测出这些简化假设。

然而，这两种观点，无论从逻辑角度出发，还是从实证角度出发，都只是留下了我们可能生活在一个模拟之中的可能性，无法指出真实生活和模拟生活的区别所在。不过，即使我们不生活在一个模拟世界中，核物理学家们提出的模拟实验的结果也依旧可以得到解释（译注：分析详见后文）。因此，这一问题仍悬而未决：是否有方法判断我们的生活真实与否？
我们都知道，在未来的某一时刻，人类会不复存在。或许我们会完全灭绝，没有进化的后裔，也可能会有一种或多种后人类（post-human）物种作为我们生命的延续，但是我们人类终会消失。然而，如果未来我们确有后裔，他们或许会有兴趣创造先人模拟，即由有意识的人类居住的虚拟宇宙。如果创造这种模拟的技术足够普及，模拟人类便会大幅激增，以至模拟中的第一人称经验（first-person experience）会比在现实中确实存在的第一人称经验要丰富得多。
如果你偶然发现，你自己有亲身意识经验（first-person conscious experience），一个有趣的问题便产生了：你如何才能知道你到底是人类本身，还是一个先人模拟，尤其是在后者大大多于前者的情况下？哲学家尼克·博斯特伦（Nick Bostrom）提出了一个思考这一问题的框架。他认为，以下三种可能必居其一：第一，人类或者类人物种在取得模拟技术之前就灭绝了；第二，“后人类”文明对创造或使用这一技术兴趣寥寥；第三，我们“可能”就是一个模拟的一部分。我说“可能”是因为，在同等条件下，一个意识经验就是模拟经验的可能性更大。如果其他两个可能性（灭绝说和缺乏兴趣说）不成立，那世界上就会有数量极为庞大的模拟经验。

当然，在博斯特伦之前就有人思考我们感知到的现实可能是虚拟的，虽然人们提出的模拟器的性质各不相同。人类意识是模拟的，这一观点不但是哲学和科学思考的问题，还是科幻领域的主打题材。在黑客帝国三部曲的第一部，《黑客帝国》（The Matrix）（1999年）中，观众所知的世界就是一个电脑模拟，目的是在保持人脑繁忙工作的同时，利用人体里的化学反应来创造能源。在《黑客帝国》中，人类在一个完全沉浸式的虚拟现实环境里，以计算机化身（avatars）的形式体验着这个世界。但是，这套模拟有着诸多缺陷，让一些觉醒的头脑可以发现这一系统中的小故障，而“真实世界”中的人类也可以侵入名为“矩阵”（Matrix）的模拟现实。

博斯特伦的观点略微不同：他认为，不仅仅是人类，整个宇宙都是模拟的。人类生活的方方面面，包括我们的意识，以及与程序中无感知部分的互动，都是代码的一部分。然而，博斯特伦也承认，即使是对一个强大的计算机系统而言，要完全模拟现实的各个层面可能是不切实际的。正如我们的科学模拟包含一些不要求冗余细节的抽象层面，模拟系统也可能会借助某些规则和假设，使一些细节不用被模拟出来。而当我们做实验时，系统便会补充细节：例如，博斯特伦在其2003年发表的论文，《你活在一个计算机模拟中吗？》（Are You Living in a Computer Simulation?）里写道：“当[模拟系统]发现一个人正准备观察微观世界时，它可以根据需要，在一个[恰当的模拟领域]中填充足够的细节。”这样一来，系统就不用准确无疑地追踪所有粒子或星系的轨迹。当需要这些数据时，程序中的宇宙会提供足够的细节，来呈现毫无破绽的现实。甚至，人类也不需要每时每刻都被不差毫分地模拟出来；我们对“自我”的主观认识会随环境变化。不像《花生漫画》[1]（Peanuts）中的莱纳斯[2]（Linus），我们不会总是留意自己的舌头，所以模拟程序也不需要总在前台保持“舌头”子程序的运行。

可能模拟系统至多只能模拟一个星球的文明，否则就会遇到计算能力的瓶颈
模拟假说并不限于这些哲学意蕴，它还能帮助回答一些科学问题。类地行星并非凤毛麟角，很有可能一些文明已经在宇宙中崛起，能够进行星际交流或旅行。只不过迄今为止我们并没有亲眼见过，这让我们不禁思考：外星人在哪？但是，如果我们生活在一个模拟系统之中，外星人可能根本就不存在于这一系统。事实上，可能模拟系统至多只能模拟一个星球的文明，否则就会遇到计算能力的瓶颈。
同样地，物理学家们无法找到统一自然界中四大基本力的万有理论，这可能也是由模拟系统的不足造成的。模拟假说甚至可能解决“微调”（fine-tuning）问题：宇宙的参数允许生命存在，但是一旦改变可能会让宇宙死气沉沉。一个模拟的宇宙可能是被设计好的，目的是让生命最终出现；又或者是一个实验成功的产物，可能之前早有许多参数被测试过了。现在，宇宙学家们正进行类似的模拟（尽管简单一些），以研究我们的特殊宇宙从随机起始条件中诞生的概率有多大。
博斯特伦在他的模拟论证中又进了一步：“如果[这一程序]出现任何错误，有人类的大脑察觉到了异常，在模拟遭到破坏之前，管理器可以很容易地修改这一大脑的状态。又或者，管理器可以将时间回拨几秒，重新进行实验以避免这一问题。“然而，如果我们生活的模拟系统可以实时矫正，从好些方面看都令人苦恼。确实，它可能让整个科学事业陷入疑惑之中。有什么可以阻止模拟器为了测试参数，或者仅仅为了迷惑我们的头脑而随意改变物理法则吗？那样的话，程序设计师就变成了一个反复无常，还可能满怀恶意的神，而我们永远察觉不到他的存在。
当博斯特伦热衷于向人们说明，我们活在一个模拟世界里的可能性更大时，面对这一难题的科学家们则需要回答另外一组问题。存在这一主要区别是因为，科学关心的是可以被实验或观察检验的事物。而且，事实证明，不论我们活在一个怎样的模拟系统里，我们都能从中推断出各种模拟之间的共性。
首先，如果我们活在一个模拟系统中，这一系统要遵守一套明确的法则，这些法则的动态变化（dynamic changes）是相对较小的。科学方法在过去几个世纪里取得的巨大成功证明了这一点。事实上，模拟假说有一些潜在的解释力：我们的宇宙之所以遵从相对简单的法则，是因为这都是设计好的。至于模拟器在程序运转过程中做出的修改，研究人员指出，这可以解释2011年得出的“比光速还快的”中微子（neutrino）实验结果[3]：模拟程序中存在错误，我们又测量到了以这一错误为基础的现象，但随后这一漏洞得到了修正。（目前，没有理由相信中微子速度超过光速的研究结果是正确的，因为用于解释这一异常的理由平淡无奇，不需要戏剧性的替代理由。）
或许，真相是，我们确实活在一个模拟中，但是，就像假如世上存在一个不通人情的神一样，模拟世界也不会改变我们对自己生活的主导
然而，宇宙的严谨有序并不能告诉我们自己是否活在一个模拟之中。如果这个程序极为优秀，没有明显的“彩蛋”或者由其设计者留下的隐藏信息，那么，不论我们是不是真的活在一个模拟宇宙中，我们所做的任何实验都会得出同样的结果。这样一来，无论我们最爱的哲学家们在这一问题上的论述是多么令人信服，我们还是无法判断自己是否活在一个虚拟的世界中。或许，绝对真理是，我们确实活在一个模拟中，但是，就像假如世上存在一个不通人情的神一样，模拟世界也不会改变我们对生活方式的主导
我们还应该考虑这样一种可能：我们活在一个模拟世界中，但是主宰模拟世界的法则与程序员世界的真实法则不是一套。毕竟，科学家们总是构建一些不与现实世界直接对应的模型，但这些模型却可以帮助完善我们的理论。如果这种模拟世界并不完美，那么电脑代码或许会在某些地方留下一些痕迹。如果宇宙是一个数值模拟（numerical simulation），类似于现代核物理学家们使用的数值模拟，它就必须进行一些简化，那么在某一时刻，那些简化或许会和基础物理学（fundamental physics）的预测相悖。
让我们将目光投向原子核（atomic nuclei），它由质子（proton）和中子（neutron）构成，质子和中子又由夸克构成。要弄懂这一混乱的小东西，我们需要理解把所有事物牢牢结合在一起的核力[4]（nuclear strong force），但是这种复杂的相互作用并不能一直束缚像电子（electron）这样的自由粒子。然而，对物理学家们来说，要同时计算两个以上的粒子之间的相互作用通常会很困难，尤其是在原子核内能量较高的情况下。

核物理学家们并没有让粒子随意移动，而是将其看成位于一个三维点阵（lattice）上，就像一个固态晶体里的原子。因为当夸克之间距离缩小时，能量会上升，迫使夸克保持一定的距离，把要计算的数值保持在可以计算的范围内——计算结果仍和我们在实验中观测到的现象相吻合。这种数值计算法（numerical calculation）被称为格点量子色动力学（lattice quantum chromodynamics，简称LQCD）。
虽然LQCD中的简化原理是核物理学家们想出的唯一一个能融贯地描述夸克的方法，但是它违反了阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）提出的相对论原理。在相对论中，时空（spacetime）是一个连续统一体（continuum），并没有界定任何特殊的方向。而另一方面，像LQCD里那样的点阵却有特殊点和特殊方向（沿着交点（node）之间的连线）。如果高能碰撞（比如宇宙射线产生的碰撞）所表现出的现象与LQCD描述得更为相似，而不是与相对论的预言更为相似，那么这可能就意味着我活在一个模拟之中，模拟系统的编程员和现代核物理学家做出了同样的简化。
西拉斯·比奈(Silas Beane)和他在德国波恩大学（University of Bonn）的同事们也沿着这一思路思考其他可以检测的偏差（包括比电子更重的电子表亲——μ介子的一些异常行为）。但是，好些情况都会导致他们的计划失败。或许，模拟程序的编写者所使用的代码与核物理学家们所使用的并不相同，这就意味着，他们预测的偏差将不会出现。又或许，要在能量极高的情况下偏差才会产生，我们得等到遥远的将来才可能将其观测。最后，时空表现得像个点阵或许是因为其他原因，而不是因为我们活在一个模拟中，模拟世界只是许多物理学家严肃考虑的一个可能性而已。
公平来讲，比奈、达沃迪（Davoudi）和萨维奇（Savage）等提出过检验模拟假说的方法的核物理学家们都明白这些，他们的毕生事业也并不以此为重点。如果你在灵感（INSPIRE）资源库（一个高能物理学（high energy physics）信息系统）里查看比奈的文献目录页面的话，你会发现，这篇论文是他目前就这一主题写过的唯一一篇论文；其他的都有关标准的LQCD研究。虽然我确定，他和他的同事们都是严肃看待他们的宇宙模拟研究的，但是他们可能和大多数典型的研究者一样：他们或许觉得这些问题很有趣，但是他们不会耗费终身去研究这些问题的答案。
这部分是因为现实原因：如果你在现代物理学的标准研究范式内进行研究，你能得到资金支持。但是，当你的研究课题称得上是开放式的哲学问题时，你便很难获得资金。而这类问题本身又太过棘手，无法提供有形的回报。除了人们在阅读科普解释时常获得的印象，将一生都投入到有关生命、有关宇宙、有关万物的最为广泛的问题中去，成功的几率是微乎其微的。重大突破（例如上世纪20年代的量子力学革命）之所以寥若晨星，是因为太难了。科学在大体上是一个递增的过程，这并不是一件坏事，尽管看起来乏味了点。
研究宇宙模拟问题的难点在于问出正确的科学问题：那些可以带来可证结果的问题。在一个程序管理器可以实时介入修改的、设想中的模拟宇宙中，我们可能无法区分真实的宇宙和模拟的宇宙。同样的道理也适用于检测不到任何缺陷的模拟程序。即使有令人惊叹的哲学论证支持我们活在一个电脑程序中的观点，如果我们无法获得实验证据来证明它，似乎也是空洞的。
我们活在一个模拟系统中吗？直觉告诉我，不是。这不仅是因为我不愿相信世上存在这样一种智能生命：它要么对人类漠不关心，要么就是故意设计程序让生命遭受不必要的痛苦（为什么不去模拟一个天堂？）。

科学的力量在于它的概括力、抽象力，甚至简化力。要详尽地模拟整个宇宙，包括其中有意识的头脑，是很复杂的，哪怕支撑它的基本法则足够简单。如果你能从更简单的模拟中学到同等的知识，设计一个如此复杂的模拟程序就未免太过浪费了。
不过，这些都只不过是凭直觉产生的想法而已，不一定对。经验主义（empiricism）能提供更好的帮助，虽然这种方法并不浪漫。从科学角度看，如果我们无法区分模拟的宇宙和真实的宇宙，那是否活在一个模拟中这一问题就是无意义的：眼前的现实为我们所有，也是我们所拥有的全部。


译注：
[1]《花生漫画》：一部美国漫画，作者是查尔斯·舒尔茨。故事的主角们是以查理·布朗为核心的几位美国小学生， 经由小狗史努比一起的视野，观察这个看似普通的世界。
[2]莱纳斯：《花生漫画》主要角色之一，虽然年纪小却异常聪明，并作为带有哲学家和神学家的气质，在漫画中常引用福音中的句子，说话很有技巧。
[3]中微子：轻子的一种，是组成自然界的最基本的粒子之一。2011年9月，科学家在“中微子振荡实验”中测量出中微子的运行速度超过光速，但随即发现实验存在问题，测量结果有待进一步验证。
[4]核力力：将质子、中子结合成原子核的强相互作用力的一类。