把每一個原子參數都輸入電腦，可以模擬一個一模一樣的世界？

加入電腦容量足夠大，速度也是無限快的話，把宇宙中每一個原子的位置動量參數都輸入電腦，各種物理定律也輸入電腦，然後開始運行這個程序，是否會模擬出一個宇宙來，然後加速運行的話是不是就能看到未來了？如果把大爆炸之初的各種參數輸入，能發展成現在的宇宙嗎？

理論上是可行的。實際上在目前或者在不久的將來，都是沒法做到的。到了原子分子級別，原子分子的數量實在太多，對模擬的計算機的處理速度和內存容量是巨大的挑戰。

目前讓我們能夠看到一點點曙光的就是量子計算機的研究，如果量子計算機研究成功，計算機的處理能力極大幅度地提高，模擬到原子級別，完全有可能。

在計算機足夠強大的條件下，輸入所有原子的狀態(這個工作量也不小)，輸入所有的物理定律，模擬現實世界，不再是神話。

目前世界上最快、最高級的電腦是以電磁理論為依託的經典計算機。目前所有經典演算法所產生的隨機數都是偽隨機數。而我們世界又許多物理現象都是真正隨機的，比如說粒子的熱運動、彩票的號碼、以及你決定今晚吃什麼。因此，如果計算機沒有辦法產生出真正的隨機數，就不可能模擬跟我們一模一樣的世界。

當然在不遠的未來，科學家們可能會成功建造出能夠取代經典計算機的量子計算機，發明可靠堅固的量子演算法，實現隨機數的產生。但是以目前的物理學發展水平來說，要模擬整個宇宙，還是不行的。因為我們對我們生活的宇宙還不夠了解。

比如說你想模擬一次一個家庭里發生的天然氣大爆炸，那麼在模擬的時候的需要輸入各種參數，目前還沒有一個理論能夠準確地給出所有物理參數的精確值（比如天然氣中甲烷的比率是多少，空氣中氧氣的密度是多少，房屋是三居還是二居，有沒有窗戶，天然氣管道老化的程度……）。其實別說得到現實世界裡的各種參數精確值了，目前就連宇宙中到底有多少種基本粒子，有多少個基本常數，都是不清楚的。因此一旦我們在模擬的時候輸入錯誤的初始數據，接下來的演化就會「差之毫厘，謬之千里」。

那麼退一萬步來說，既是上面要求的都做到，也是無法保證你模擬出來的宇宙和今天的宇宙一模一樣。這是因為宇宙作為一個高度非線性的量子系統，其演化是具有一定的不確定性的。也就是混沌的——在局部存在所謂「蝴蝶效應」。

我們所掌握的物理規律，所設置的初值，只能在一定限度得到宇宙發展的趨勢而不能夠完全掌控它。比如說如果按照各自參數模擬出來的宇宙存在智能生物（比如人類），但是人類的思想完全不是受初始條件控制的。人類可以在一定限度內改變宇宙——因為人類有自由意志，這個自由意志是不可觀測的，是不能被電腦模擬的。人類可以在宇宙中地球上建造起高樓大廈——這是電腦很難模擬出來的人類行為。

總之，用電腦模擬與我們一模一樣的世界不僅依賴於宇宙的初始條件，還依賴於許多隨機過程。

不知道有無讀者看了最近很火爆的《西部世界》？不知道你們看完之後有無思考過這麼一個問題：」如果西部世界是人類用高科技模擬出來的世界，那麼有無可能人類其實早已經生活在一個模擬的世界？」

IBM的Four Qubit Square Circuit足夠強大到模擬一個宇宙。（? IBM）

每一天，我們天經地義的認為我們所過的生活是真實的。我們所視為的「真實」事實上反映了客觀現實。構成我們身體的原子和分子是真實存在的；跟我們相互作用的光子具有能量和動量；穿過我們身體的中微子是真實的量子粒子。但是有無這麼一種可能，我們的宇宙——從最小的亞原子粒子到大尺度的星系團——其實不是一個真實存在的物理實體，而僅僅是某個真正現實世界中的生物模擬出來的。換句話說我們所過的人生實際上是由較量爭論機精心設計模擬生成的。

聽起來，這切實其實像是科幻故事中的劇情，但是在這背後實際上是有一些物理根據的。

不同能量的光子都以相同的速度傳播著。如果發現任何意想不到的區別或許可以成為我們的宇宙是模擬的證據。（? NASA）

在著名的宇宙學家Martin Rees的《六個數》一書中，他用了六個基本常數，探討了我們從何而來？到何處去？其中有兩個數字與基本相互作用力有關，兩個確定了宇宙的大小和基本結構，另外另個則確定了空間本身的性質。這六個數字組成了一個製造宇宙的「秘方」，如果其中任何一個數字出現「失調」，那宇宙就會判然不同，也就不可能會有星體和生命。這六個數的值或宇宙中的其它常數究竟是一種殘酷的現實還是一種巧合？或者是被精心挑選的？這是大自然最深奧的秘密之一。

我們並沒有任何數學或物理原理來決定我們的宇宙必須是由什麼構成的。我們自身在這個宇宙中，只能在有限的靈敏度下觀測到有限的宇宙。這部分緣故原由是由於設備的限制，還有部分的緣故原由是自然的基本限制。

在量子層面，動量和位置有著內在的不確定性。（? Wikimedia Commons）

例如，我們無法觀測超過460億光年外的任何東西，因為自宇宙大爆炸到目下當今的時間總量加上光速的限制使我們無法看的更遠。目前，我們無法探索比10?1?米更小的尺度，這是因為加速器技術的限制。但是，即使我們的科技已經達到超高水準，我們也永遠無法探索10?3?米以下的尺度，因為這是宇宙本身的基本量子限制。另外，當我們想要同時測量不同的參數（比如粒子的位置和動量）時，我們發現自然有著根本的不確定性是我們無法逾越的。

Matin Rees的著作《Just Six Number》。

對於這六個數或者宇宙的其它參數所顯示出的邃密精美調諧，不同的人有許多不同的迴響反映。有人認為如果這些數字沒有按適當的「特殊」體式格局進行調整，那就沒有我們的存在：我們明顯地就在這裡，因此沒什麼好驚訝的。而有的人則認為這些數字的「調諧」是因為我們有一個仁慈的造物主。Martin Rees則認為或許這是多重宇宙的一個證據：這些數字在不同的地方，照樣會有沒有限多個不同的宇宙存在，只有在這些數字「正確」組合的宇宙里，我們才得以出現。

但還有一種可能，這六個數或其它基本常數就像是製造宇宙的「秘方」早就被編寫在這個宇宙之中，也就是說我們的宇宙實際上是被模擬出來的。在過去的幾十年里，科技的發展讓較量爭論機的較量爭論能力以令人擔憂的速度逐漸上升。從最初一個建築大小的普通較量爭論機到比數學家運算能力稍慢的較量爭論機，以及目下當今發展到目下當今的超級較量爭論機，雖然大小跟印表機差不多卻可以在幾分鐘內模擬出數十億年內的萬億個粒子的演化。

在理論上，當較量爭論機能力提升到一定程度，我們可以模擬在整個宇宙歷史過程當中的每一個粒子。如果是量子較量爭論機，它可使每一個單獨的粒子保持在不確定性的量子態，因此它可以在模擬中把萬物似乎都具有的基本量子不確定性都考慮進去。如果在這個模擬中，會產生行星，並且有智慧生命生活其中，那麼他們有無辦法證明自己是生活在一個模擬世界嗎? NASA科學家Rich Terrile認為：「所有我們認為是連氣兒的東西——時間、能量、空間和體積——的大小都是有限的。如果情況切實其實如此，那麼我們的宇宙就同時可較量爭論並且是有限的。這些性質允許我們的宇宙被模擬。」

宇宙中顯示出的一些特定聯繫關係和物理觀測或許可以或許告訴我們宇宙是不是是被模擬的，但是有許多假設仍然不確定。（? pixabay）

從物理的角度分析這其實不一定是真的。量子不確定性或許是真實的，但是這其實不意味著空間和時間是量子化的，或者光子的能量也不克不及是隨意率性小的。可觀測宇宙或許是有限的，但是我們不要忘記，在我們的視界之外，我們的宇宙還包含著一個我們無法預知大小的區域，從那裡發出的光或許永遠不會被我們觀測到。同時，我們也會運用各種技巧來減少模擬演算法的運算量，如果我們的宇宙是模擬的，那麼在足夠小的距離，某些技巧會以「模糊」的結果出目下當今實驗中，換句話說一個模擬的宇宙是一個模糊的宇宙，但是我們沒有觀測到任何模糊的證據。

GEO600探測器並沒有找到任何模擬宇宙所需要的模糊旌旗燈號。（? Max Planck Institute）

模擬假說雖然很吸引人，但其實不是所有人都可以或許被說服。在今年四月有一群科學家就這個話題展開了一場激烈辯論，哈佛大學的理論物理教授Lisa Randall對模擬假說透露表現強烈懷疑，她說道：「事實上，我特別很是好奇為何會有很多人認為這是一個有趣的問題。」 （關於Lisa Randall的更多信息可以查看《集才華與美貌於一身的女科學家》。）當然，對於Lisa Randall的看法，天文物理學家Neil Tyson立即反駁並認為宇宙是被模擬的可能性特別很是大。而且他在大會的最後留下了一個問題：「如果我們的世界真的只是較量爭論機模擬出來的，那麼一旦出現任何漏洞，導致整個程序奔潰，屆時我們將會發生什麼事呢？」

一年一度的艾薩克?阿西莫夫辯論大會，在美國自然歷史博物館舉行。今年的主題是我們是不是身處在一個模擬的世界中，由五位科學家對該議題展開辯論。（? AMNH）

模擬假說的可能性切實其實特別很是激發想像力。而且經由過程我們以越高精度和越高能量對空間、時間、物質和能量的測量，我們可以對該假說進行限制。但是我們對真理不斷地理解是經由過程以更新穎和基本的體式格局去追問關於宇宙的更深層次的問題。就像是求助於對人擇原理，求助於模擬假設可以幫助我們回答今天我們面臨的許多大問題，但這更像是在放棄科學。

NASA的錢德拉X射線千里鏡可以經由過程對遙遠的類星體進行觀測來限制空間的顆粒性。（? NASA/CXC）

比如說從宇宙射線中，如果我們可以或許找到時空是不連氣兒的證據，這對於我們理解宇宙自然是一個巨大的前進，但是它也無法證明模擬假說。事實上，並沒有任何辦法可以或許證明該假說，我們所找到或沒找到的任何「小破綻」都多是宇宙本身的性質.......或者是被模擬器設置或調節的參數。或許，對於一個足夠高級的模擬器，我們在模擬器中，就好比是康威生命遊戲中對於我們而言的像素。

康威生命遊戲。（? Wikipedia）

但是，我們其實不會從一個設法主意有多吸引人來判定它的科學價值。部分緣故原由是物理之所以吸引人是因為它有時候是反直覺的，也因為它有著強大預言能力。即使我們真的生活在一個模擬世界中，也不應該改變我們對理解自然規律的追求：為何自然規律是這樣的，為何基本常數的值是精細調諧的，以及任何你對現實本質的疑問。「因為我們生活在一個模擬世界中。」 這其實不是這些問題的答案。

你別說，還真有人想像過這種事，而且還是個科幻作家，而且還寫了個小說，就是劉慈欣的《鏡子》。

按那個小說的理論來講，這個事可以實現，但是：

目前人類的計算機實現不了，想要模擬宇宙中的每一個原子，需要的算力是難以想像的，根本不是人類現在的超級計算機能夠達到的。在小說里，最先模擬宇宙的白冰用的是一台「超弦計算機」，具體原理是這樣：「根據超弦理論，物質的基本粒子不是點狀物，而是無限細的一維弦，在十一維空間中震動，現在，我們可以操縱這根弦，沿其一維長度存儲和處理信息」。因此，「在傳統電子計算機中的一塊CPU，或一條內存，在超弦機中只是一個原子！超弦電路是基於粒子的十一維微觀空間結構運行的，這種超空間微觀矩陣，使人類擁有了幾乎無限的運算和存儲能力」。所以，這種計算機擁有「終極容量」，可以將宇宙中每一個基本粒子的狀態儲存起來並計算，只有這樣的計算機，才能達到模擬宇宙的目的。

將現在的環境都輸入進去模擬那是要出事的，因為無論什麼物體，其原子量都是難以計算的，如果將每個原子都輸入到計算機中，那可能要動員所有的人類幹上幾千年甚至幾萬年。再加上溫度等初始條件，可能用整個人類的力量都沒辦法把現在世界中的每一個原子都輸入到計算機里。所以，這種模擬得從宇宙大爆炸搞起，那個時候的宇宙只有一個點，就是所謂的「奇點」，這時候，我們只要把這一個點的狀態輸入到計算機裡面就可以了。這同時也說明，想干這事，得先掌握咱們這個宇宙大爆炸前的那個奇點的結構。

得有人寫出來一套模擬軟體，不過這個倒是簡單。

這種方法預測不了不遠的未來，因為如果用這種方法模擬整個宇宙，在跨過「我們操控計算機模擬宇宙」這個時間點時，計算機也將模擬出模擬宇宙的計算機，而模擬宇宙的計算機也在模擬一個「二級模擬宇宙」（別忘了模擬宇宙的一切和咱們的世界都一樣），「二級模擬宇宙」里的計算機也在模擬一個「三級模擬宇宙」……這個邏輯會沒完沒了的一直持續下去，這就是程序中的「遞歸運算」，即程序一直在調用自己的運算。通常，遞歸運算在進行一定次數後就能得到結果，但上面那個得不到，這是無限遞歸運算，在這種運算中模擬軟體將無限消耗計算機的內存和算力，即使是「無限容量的計算機」也得被塞滿。不過，如果有一種演算法能跳過不遠的未來，那就可以模擬很遠之後的未來，但是那真的很遠。

如果那玩意真出來了，人類文明也就完蛋了。因為「社會的進化和活力，是以種種偏離道德主線的衝動和慾望為基礎的，清水無魚，一個在道德上永不出錯的社會，其實已經死了」。按照劉慈欣的想像，首先停滯的會是文化，因為「人性已經像一汪清水般純潔，沒有什麼可描寫和表現的」。然後，科學和技術也會陷入徹底的停滯，再然後，等人類把地球資源消耗完了，也就沒有然後了。這種結果和模擬器會用在什麼領域沒關係，因為不管它用在哪，你的一舉一動都將在這裡面被模擬，被看到。因此，每個人都不敢嘗試，因為怕犯錯。怕犯錯，還搞什麼科學研究。

所以，這不一定是個好東西。

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