計算機可以完美模擬整個宇宙嗎？

即使有一台超級強大的計算機，科學家也無法在計算機中完美地模擬整個宇宙。這背後有以下幾個原因。

（1）宇宙是不確定的

在基本層面上，宇宙遵循量子理論。量子理論是概率性和不確定性的。這意味著，如果知道當前時刻某個電子的一切，然後完美地將所有量子理論方程應用到這個電子上，但我們不能準確地預測這個電子在一分鐘內的位置，我們只能預測電子在不同位置的概率。概率分布可以讓我們大致了解一個電子的最終位置，甚至可以告訴我們很多有關電子的平均位置，但是量子理論不能告訴我們電子實際確切位置。

這個問題不在於量子理論，而是電子本身。像電子這樣的量子物體不是堅硬的小球或經典的波。它們是更複雜的東西，有時會表現出像粒子，有時又像波，這就是波粒二象性。此外，量子物體天生就包含不確定性。電子根本沒有精確的位置。由於固有的不確定性，它們的位置只達到一定程度上的確定性，這取決於電子的狀態。

總之，我們根本不可能準確地預測一個量子物體的確切行為，因為這個物體的確定性在一開始就不存在。即使我們擁有所有存在的信息，我們也只能計算出一個量子物體最有可能的行為。這就是量子世界的本質。由於整個宇宙僅僅是量子物體的一個集合，所以宇宙本身不能被精確模擬。

如果我們把當前關於整個宇宙的所有信息都輸入計算機中，乃至每一個原子和粒子；並把所有的物理定律都完美地應用到計算機中，包括量子理論和它的不確定性原理；接著按下開始鍵，模擬會給出一百萬年內宇宙的某種預測狀態。如果重置電腦，並再次運行相同的模擬，將會得到未來一百萬年里一個稍微不同的結果。

甚至有可能會得到未來兩秒鐘一個略有不同的結果，因為宇宙量子性質的現實將會被精確地建立在計算機模擬中。模擬未來兩秒鐘的宇宙將準確地描述某個物理上看似合理的宇宙，只是它將不再正確地描述我們的宇宙。模擬的時間越長，模擬的宇宙就越不可能與我們的物理世界相匹配，即便所有的信息和物理定律都被完美地編入了計算機。先天的量子不確定性使得這一結果不可避免。

注意，量子不確定性不是使所有計算機模擬都變得毫無意義，它只是意味著科學家必須滿足於不夠完美的預測。系統中不相干的相互作用的量子物體數量越多，系統的量子不確定性就越低，系統就越接近於確定的行為。一塊石頭包含了數萬億個不相干原子，因此非常接近於確定性。這一事實使得我們可以根據一塊被扔出去石頭的飛行軌跡，來準確預測出它的下落位置。但從根本上來說，我們不能以無限的精確度來正確預測出石頭的著陸位置。然而，我們不需要無限的精度就能找到石頭，並把石頭撿起來。同樣地，對細胞、星系的計算機模擬可以非常接近精確的答案，即便我們不能從根本上知道或預測系統中每個原子和粒子的確切位置和動量。

（2）宇宙很可能是無限的

原則上，在有限的時間內不可能直接觀察一個無限的物體。然而，如果我們用一個限制程序，從數學上接近無窮，我們可以合理地推導出一個物體是無限的。例如，由一個點電荷產生的電場被推斷為在各個方向無限延伸。這種無限延伸的電場性質不能被人類直接觀察到，但可以推斷出來。如果測量一個點電荷的電場，1米遠是1000 mN/C，那麼當電荷是10米遠的時候，測量這個場是10 mN/C， 100米遠的場是0.1 mN/C，以此類推。那麼根據1/r^2的規律，電場強度取決於距離r。根據這種依存關係，對於越來越大的距離，點電荷的場強變得越來越小，但它永遠不會完全變成零。因此，電場能夠延伸到無限遠處。

同樣地，即使我們不能直接觀察宇宙在空間上的無限，我們所有的科學測量和理論似乎都表明宇宙確實是無限的。如果這是真的，那麼，這就是計算機不能完全模擬整個宇宙的另一個原因。模擬一個無限宇宙將需要無限的計算內存空間。注意，這個論證只限制模擬整個宇宙。原則上，我們可以在量子不確定性允許的範圍內，模擬整個宇宙的一部分。

（3）計算機是宇宙的一部分

本質上，模擬宇宙的計算機也是宇宙的一部分。因此，如果計算機能夠完美地模擬整個宇宙，它也必須模擬自身。不僅如此，計算機必須模擬自己正進行一個完美的宇宙模擬。如果它是完美的，也必須包含計算機的模擬。因此，模擬必須包含計算機正進行整個宇宙的模擬，這又必須包含計算機進行整個宇宙的模擬……直到永遠。在計算機科學領域，這個過程被稱為「無限遞歸」，這會導致計算機死機，而且計算過程永遠不會取得任何進展。因此，一台正模擬所在宇宙的計算機永遠無法對整個宇宙進行精確的模擬。

有些人可能會說，為了避免無限遞歸，可以在除去計算機本身的情況下模擬整個宇宙，這樣最終也會得到正確的模擬。但是這種方法不會給出一個正確的模擬結果，因為宇宙中的一切都有可能與其他事物相互作用。例如，也許這個計算機阻止墜落的隕石撞擊殺死房間里的一名科學家，這名科學家正研究如何創造黑洞，並利用這個知識毀滅火星。如果模擬排除計算機，那麼它就會預測隕石會飛過計算機所在的位置，並在科學家做出發現之前殺死他。因此，模擬將錯誤地預測火星在一年後仍然存在，而實際上並不是這樣。因此，把計算機本身從模擬中刪除可能導致嚴重錯誤的預測。

（4）我們不可能知道整個宇宙的狀態

由於有限的光速，信息傳播不能超過光速的事實，我們只能了解宇宙中那些足夠靠近我們的那一部分。這是自宇宙大爆炸以來有充足的時間讓這部分光到達地球，我們稱宇宙的這一部分為「可觀測宇宙」。基本上，我們被禁止了解可觀測宇宙之外的宇宙區域。

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