如何判断宇宙不是一场模拟游戏？| 追问观察

在一个平凡的夜晚，当你结束了一天的工作，打开电脑准备开始一场游戏时，随着加载进度条完成，一个虚拟世界呈现在屏幕上。

你沉浸其中，忽见一只蚂蚁缓缓爬过屏幕。刹那间，脑海中浮现起曾读过的小说《三体》，蚂蚁的身影仿佛在提醒你什么，心头不由一紧，寒意袭上。一个念头如同惊雷般闪现——难道我们每个人的一生，乃至这个广袤的世界，都是某个外星高等文明所构建的模拟？

这个念头看似荒诞不经，但我们的存在根基，正如人类历史上的许多重大发现那样，已经被多次颠覆，历史中不乏相似先例。五百年前，人们坚信地心说理所当然；两百年前，若有人宣称人类源自猩猩，定会被视为异端。人类认识自然的历史，就是不断发现人类并没有想象的那么特殊，这被总结为“哥白尼原理（Copernican Principle）”，即任何观测者都不该把自己想得那么特殊。

▷图“M”（拉丁语Mundus ）来自约翰内斯·开普勒的《哥白尼天文学概要》 ，显示地球仅属于任意数量的相似恒星中的一颗，也代表着人类，无论是在地球上还是在太阳系中，都不是宇宙的特权观察者。

祖先模拟

熟悉电子游戏的发展历史的你知道，从几像素的乒乓球游戏，演变至今日栩栩如生的大型多人在线游戏，仅仅几十年的光阴。展望未来，虚拟现实技术日新月异，科幻剧《黑镜》中描绘的意识上传下载，仿佛触手可及。也许就在不久的未来，个人将难以分辨“游戏”和“现实”的区别。如此看来，“我们是生活在模拟中的虚拟生物”这个念头，就显得不那么荒谬了。在宇宙尺度来看，几十年这不过是沧海一粟，就像哥白尼原理所指出的，我们是最先进的文明的可能性太小。

那我们生活在模拟中的可能性究竟有多大？一旦开始严肃地思考这个问题，你便会发现自己并不孤单。有不少物理学家、哲学家都曾认真地思考过这一可能性，并发文公开讨论。2016年，纽约的美国自然历史博物馆举办了一场辩论会。四位物理学家以及一位哲学家花了2个小时讨论：我们所知的这个现实世界有没有可能是被模拟出来的。参与对话者对其可能性给出了或大或小的概率，从1%到42%不等。而马斯克在同年的一次采访中表示“我们很可能处于模拟之中”。

不过你并非人云亦云的那种人，你开始收集相关证据，以探明我们究竟是否生活在模拟中？若果真如此，我们又该如何挣脱这层虚拟的束缚？这里谈到的“模拟”，并非如同“模拟人生”般的游戏，而是对整个可观测宇宙的完整模型，学术界称之为“祖先模拟”（Ancestor Simulation）[1]。

祖先模拟认为，存在一个具备足够高技术水平的文明，能够运行如此庞大的祖先模拟。未来的先进技术，我们可能无法预料，但基于现有的适用于可观测宇宙的物理学法则，我们或许可以推测这一假想中先进文明的上限。如果创建一个包罗我们所在宇宙的模拟，所需的能量和算力将超过物理学允许的上限，那么我们就能说，能够创造祖先模拟的超级文明存在不可能存在，我们并非生活在模拟中。

▷图源：Claire Merchlinsky

模拟所需的能量

高精度模拟需要处理大量的信息和数据，在现有技术条件下，这意味着极高的计算需求。在这样的模拟中，每个基本粒子的状态都需要被实时记录和更新，这些运算所需的计算资源将是天文数字级别的。供给此类高度复杂模拟的能量转换过程也将极其庞大。按照热力学原理，从宇宙背景辐射中提取能量并用于如此规模的计算，不仅需要在理论上解决物理限制，还需克服实际技术上的难题。

以上的论证，只是说明在我们当前的技术与理论框架下，能量的限制使得我们无法生活在一个模拟的宇宙中。然而能量带来的限制并非是不可克服的。例如超级文明或许可以通过不那么准确的模拟来避免能量带来的限制。事实上，考虑到量子力学中的测不准原理，我们无法知道电子的具体位置，以及由于量子纠缠带来的差距作用，这两种机制都可视为在构建模拟时节省计算资源的有效手段。

若我们生活在模拟中，而创造了模拟的超级文明真用了节省算力的措施，那我们就有机会去看破模拟所带来的虚幻。我们可以通过不断调高分辨率，看是否出现像素化的离散图景来试图突破所处的模拟世界。这就类似在游戏中，当你调高分辨率后，会发现画质变得参差不齐。事实上，量子力学显示在极小的尺度上，世界的图景确实是不连续的，这不禁为我们或许生活在模拟中的观点增添了一份佐证。

除此之外，当你在游戏中漫步至地图边缘，往往会见到画面出现异常，或遇到似乎能够穿越却无法透过的“空气墙”。这同样可用来判别我们是否生活在一个简化的祖先模拟中。在现实中，人类走得最远的旅行者号1号（Voyager 1）探测器已到达太阳系的边缘，可我们依然不曾观测到任何异常的不连续的图景。至于我们的哈勃望远镜，更是看到了百亿光年之外的星系，却未发现丝毫异常。这些证据虽不能完全否定我们生活在模拟中的可能，却也确实降低了其发生的概率。

▷图源：Staudinger + Franke

模拟宇宙不需要进行全脑模拟

除却星空的浩渺，人类的心灵亦同样广袤无垠。人类大脑中的神经元连接数不比天上的星星少。24年Science研究[2]，仅针对1立方毫米体积的脑组织进行纳米级模拟，其中就包含了5.7万细胞和1.5亿突触，对其绘制的图谱数据高达1.4Pb。根据人脑的体积换算，模拟一个大脑的静态图景所需的数据是1.76Zb（1Pb=1024Tb，1Zb=1024Pb），远超出当下最大的开源大模型Llama 3.1 405 GB（截止2024年10月）的参数量。

如果要进行祖先模拟，不仅需要对头顶的每一颗星星进行模拟，还需要对地球上每个曾经活过的人的心理活动进行模拟。在一台超级计算机中，将自古至今所有人的神经活动尽数模拟一遍，如果进行这样的模拟所需的能量已然超过物理学允许的能量上限，那将间接反证我们并非生活在模拟中。[3]

读到这里，你或许会想，人类的行为大多时候都是本能驱动的，构建对人的心智活动的模拟，并不总是需要那么多的计算。也许超级文明在构建地球上大多数人的心智活动时，只需要模拟大脑的极少一部分，只有当模拟陷入深思的心灵时，才会需要投入更多的计算资源。如此一来，便有了一种验证我们是否生活在模拟中的方法：若让地球上数十亿人同时进行需要全脑模拟的反思，若运行模拟的超级文明因无法承担庞大的运算量而导致思考者体验到如同游戏中卡顿的现象，那么，这种不连贯的观测便可作为我们确实生活在模拟中的论据。

除了用本能替代全脑模拟，还有两种意见能反驳“心智模拟耗能过多，因此我们不可能生活在模拟中”的论述：

（1）按需渲染：超级文明构建祖先模拟时，只渲染作为观察者的那个人所观察到那部分。这灵感来自游戏中的“迷雾”，只有当你操控的角色靠近时，迷雾才会被点亮，如此便大幅减少所需的能量和算力。

（2）选择性模拟：超级文明的模拟构建者只针对“你”的神经活动进行模拟，让你觉得自己的一生并非生活在模拟中。至于其它人的反应和感知，则是经由简化的设定所产生的。当下的大模型已能模拟他人的反应，对于能够进行祖先模拟的超级文明来说，这更是轻而易举。这同样能够大幅度减少算力的消耗。

▷图源：Mart Biemans

除了能量的消耗外，判断我们是否生活在模拟中，还可以根据“模拟运算运行中必然会积累的错误”去进行检测。若我们生活在一个模拟中，建模误差的积少成多，便会让身在模拟中的你感到世界的不协调，类似于电影《黑客帝国》中，Matrix需要定期重启。在你玩一款足够复杂的游戏、又玩了相当长的时间后，会发现由于游戏建模在运行过程中积累的误差，导致游戏世界之中的有些描述世界的常数不得不进行修改，否则就会影响游戏的正常的运行，这时，往往需要开发者打上补丁予以修正。

类比来看，若是我们生活在模拟中，也应该存在类似的变化，例如光速等物理学常数的变化。然而我们的物理学乃至文明史太过短暂，还无法进行长期的观测。可能这样的补丁是存在的，只是这样的补丁是以万年甚至更长时间尺度展开的。因此，即便我们未曾观测到物理常数的改变，也不能完全排除我们生活在模拟中的可能。

另一种反驳角度是，超级文明会出于道德原因而禁止开展这样对一个世界的模拟。虽然这一理由并非最为强有力的论证，却无疑降低了我们生活在模拟中的可能性。正如德雷克方程探讨外星文明存在的概率，宇宙中的恒星数乘以生命出现的概率，乘以智慧生命愿意通信的概率，就是我们预估能建立通信的外星文明数量。

▷德雷克方程如上，一个计算宇宙中发现生命或高级文明概率的数学公式。N，银河系中能够与人类通信的文明数量；R*，银河系中每年形成的恒星数量；fp，这些恒星中拥有行星的恒星比例；ne，每颗恒星的行星系统中适合生命存在的行星平均数量；fe，在适合生命存在的行星上实际产生生命的比例；fi，在产生生命的行星上，生命进化出智慧生命（能够进行技术交流）的概率；fc，这些智慧生命能够并且愿意与外界进行通信的比例；L，这些能够进行通信的文明能够持续进行通信的时间长度（年数）。图源：University of Rochester

在德雷克方程中新增加两项，一是智慧生命发展到能够模拟一个世界的程度的可能性，二是超级文明中有多大概率会因为道德原因禁止祖先模拟。我们就可以根据改进后的方程，基于现有的技术和人文发展，给出对上述新增两项的概率估计，判断可能愿意模拟世界中的星球数量，进而推算我们是模拟的概率。

模拟世界的三种可能

对上述论述，哲学家Nick Bostrom在他2003年的论文《你活在一个计算机模拟中吗？》（Are You Living in a Computer Simulation?）中，换了一个描述方式，指出以下三种涵盖了所有的可能性：

第一、人类或者其它智慧生物在取得模拟技术之前就灭绝了；

第二、能够产生祖先模拟的超级文明对创造或使用这一技术没有意愿或缺少开展这样的模拟许可；

第三、我们目前就是生活在祖先模拟中。

要判断上述第一种或第二种情况哪种更为可能，我们需要考虑两个问题。第一个问题考察的是生命顺利走到奇点的概率有多大，例如，在能够造出通用人工智能之前，我们是否会因失控的气候变化、核战争等灾难而导致文明灭绝——对此，科学界尚能做出一定的预测。

第二个问题则是想象超级文明点社会形态和道德规范，这几乎是不可能的。正如大猩猩无法理解人类因手机而获得的快乐，我们亦无法想象能够进行祖先模拟的超级个体会是何等模样。也许他们不愿意花精力去构建一个一旦完成设定，就不需要再参与维护的（祖先模拟）世界，但我们对超级文明为何不愿或禁止开展祖先模拟的原因一无所知，更难以评估其可能性。

当然，究其根源，如果我们自己都不认为自己生活在模拟中，就更不应该去相信未来会有后人类文明能够运行大量祖先模拟。如果我们认为自己能够模拟世界，那为何不相信我们极有可能已经生活在模拟中呢？

或许最简单的思考方式，是“奥卡姆剃刀（Occam's Razor）原则”，即一个简单的解释，往往比一个复杂的模型更可能为真。认为我们生活在模拟中，意味着引入了超级文明这一额外假设，使得模型过于复杂精巧。或许“如无必要，勿增实体”，是对我们是否生活在模拟中的更好回答。然而，奥卡姆剃刀并不总是绝对的，在某些情况下，为了满足科学解释的整体一致性、预测能力和内在逻辑性，复杂的模型可能是必要的。

▷图源：Claudio Araos Marincovic

为何胡思乱想是有意义的？

读到这里的读者也许会问，庄生梦蝶，蝶梦庄生，生活中操蛋的事情就已经这么多了，为何要执着于这种虚无缥缈的追问？这或许如同哲学中的“不可知论”，难以有定论。然而，我们的担忧与好奇本身便是探索之旅的一部分，它促使了我们对宇宙多样性与未知领域的尊重与敬畏。科学史上，许多革命性的发现正源自对生存本质的深刻拷问。

在探索宇宙中的模拟可能性时，我们不仅质疑现实本身的存在形式，还激发了关于科技、伦理与存在本质的更深层次讨论。例如关于如何促进虚拟现实混合现实的研发，该如何对待由大模型驱动的虚拟人等。在面对即将到来的通用人工智能时，如何避免智能体的失控，仿佛是在思考智能体是否会试图逃离人类为其设定的模拟世界。对于我们是否生活在模拟之中的讨论，不仅启发对人工智能对齐问题的研究，更深化了我们对自身处境的认识。

未来，随着科技的进步与人类对宇宙认知的深化，或许我们将从更多角度解答这一疑问。更细致的观察、更精确的数据分析，乃至未来可能出现的新技术手段，都将帮助我们检验这些假设。然而，在追寻真理的道路上，怀抱对未知的好奇与谦逊，依然是科学不变的指引。

[1] Bostrom, Nick. “Are We Living in a Computer Simulation.” The Philosophical Quarterly 53 (2003): 243-255.

关于追问nextquestion

关于天桥脑科学研究院

天桥脑科学研究院（Tianqiao and  Chrissy Chen Institute, TCCl）是由陈天桥、雒芊芊夫妇出资10亿美元创建的世界最大私人脑科学研究机构之一，围绕全球化、跨学科和青年科学家三大重点，支持脑科学研究，造福人类。

TCCI与华山医院、上海市精神卫生中心设立了应用神经技术前沿实验室、人工智能与精神健康前沿实验室；与加州理工学院合作成立了TCCI加州理工神经科学研究院。