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深度解密:宇宙是虛擬的可能性有多大?底層機制可能是什麽?(上)

2024-04-14科學

【另一個真相:與造物主對話】系列一:

2021年號稱「元宇宙」元年。

隨著「元宇宙」的概念火爆全球,越來越多的人開始思考:現實世界是否就是一個完美的虛擬世界?

本文將橫跨科學、哲學、天文等領域,從偏科幻角度去深入探索幾大問題:

假如我們生活的世界是虛擬的,那它是如何虛擬的?

執行模式是類似於【黑客帝國】的「 缸中之腦 」,還是類似【異次元駭客】的數位 平行宇宙 ,抑或者是類似【楚門的世界】那樣的 虛擬夢境

執行虛擬宇宙的底層機制可能有哪些 創造虛擬宇宙的目的和意義何在 如何發現其中的BUG ,找出虛擬世界的造物主,並與之溝通交流?

各領域的創世學說

首先了解下一些基本概念。

神學領域的創世:

四大文明古國的古埃及、古巴比倫、古印度、古中國,以及古希臘、古羅馬、古波斯、北歐神話、日本神話,全是創世信仰。

世界各地都流傳非常多關於創世的神話與詩篇,雖然創世的天神不同,創世的方法卻是不謀而合,而且與時下的實證派科學愈來愈相近。

哲學領域的創世:

老子說:「 道生一、一生二、二生三,三生萬物 」。它以哲學的方式論述萬事萬物是如何產生、如何存在的奧秘。

關於它的解釋:道即無極而太極也。道一,「一」是道,是宇宙最基本的組成核心。一生二,就是道所生太極之兩儀,兩儀分別為陰陽。二生三,「二」指陰陽,萬物負陰而抱陽,萬物皆含有陰陽。三生萬物,「陰陽」與「道一」最終生成宇宙萬事萬物。

科學領域的創世:

宇宙是由一個致密熾熱的「奇異點」於137億年前一次大霹靂後膨脹形成的。

1927年,比利時天文學家和宇宙學家勒梅特首次提出了宇宙大霹靂假說。

1929年,美國天文學家哈伯根據假說提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈伯定律,並推匯出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。

物理領域關於宇宙起源的研究:

1964年,英國物理學家彼得·希格斯從理論上預言了一種粒子——「 希格斯玻色子 」的存在。2012年,歐洲核子中心(CERN)首次發現其痕跡,其可信度大於99.99994%。

「希格斯玻色子」是粒子物理學標準模型中唯一沒被發現的粒子, 它是物質的品質之源 ,是電子和誇克等形成品質的基礎。其他粒子在這種粒子形成的場中遊弋並產生慣性,進而形成品質,構築成大千世界。

在物理學研究中,對「希格斯玻色子」的研究是整個宇宙研究的重中之重,它還有另外一個名字為「上帝粒子」,意為取代上帝創世的粒子。

它被認為是賦予萬物品質的粒子,並且這一微小的讓人費解的宇宙顆粒與現有科學理論互不相容。

數學套用領域的有趣現象:三進制

三進制是以3為底數的進位制,三進制數有0、1、2三個數位,逢三進一。

在電腦發展的早期,采用一種偏置的三進制(對稱三進制),有-1(一般用T表示)、0、1三個數位,這種三進制逢+/-2進一。

現今的電腦都使用「二進制」數位系統,盡管它的計算規則非常簡單,但其實「二進制」邏輯並不能完美地表達人類的真實想法。 相比之下,「三進制」邏輯更接近人類大腦的思維方式

因為在一般情況下,我們對問題的看法不是只有「真」和「假」兩種答案,還有一種「不知道」。在三進制邏輯學中,符號「1」代表「真」;符號「-1」代表「假」;符號「0」代表「不知道」。

顯然,這種邏輯表達方式更符合電腦在人工智慧方面的發展趨勢。它為電腦的模糊運算和自主學習提供了可能。同時,三進制的運算效率要明顯優於二進制,僅次於e(自然常數)進制。

「三進制」的套用歷史

上世紀50年代,三進制電腦曾得到大力發展,前蘇聯設計過一大批三進制電腦,包括大名鼎鼎的Сетунь電腦。

三進制電腦為什麽最終沒能流行?

因為當時人類在點選科技樹技能時,並沒有考慮到未來人工智慧的發展。

最終選擇二進制作為機器語言,很大程度上也由底層硬體原理決定: 數位電路只能有效地表達開與關兩種狀態,所以原生的二進制,是最簡單的原始碼機制

三進制電腦復活的可能性是光子電腦或者量子電腦,它們可以很容易原生表示三進制。光子電腦可以用無光表示0,兩種正交極化方向的光表示+1或-1。

看到這裏,如果你想象力豐富,會不會想到 老子關於宇宙起源的哲學思想可能就是一種三進制理論?

那麽現實世界是否就是一個由三進制編碼的「元宇宙」呢?

希格斯玻色子則是「1、0、-1」中的「0」,也是老子口中的「道一」,「1,-1」則為陰陽,三個底層編碼組成宇宙萬物。 神學、哲學、科學三種創世理論最終殊途同歸?

虛擬宇宙的可能存在方式

「人造」宇宙的可能性

2001年,物理學家們首次嘗試透過嚴謹的研究探索宇宙的真相——他們試圖計算要模擬一個宇宙規模的虛擬世界需要多少資源。

麻省理工學院的量子物理學家薩夫·羅伊德(Seth Lloyd)首先估算了自大霹靂以來,我們的世界經歷過的所謂「電腦操作」數。要還原這些事件,構建一個完美的、精確到原子的虛擬宇宙,我們要消耗的能量會超出宇宙的總能量。

「模擬世界的電腦必須要比我們的宇宙還要大,而且在模擬世界中的時間會走得比現實世界更慢。」羅伊德說:「所以為什麽要花費力氣建造這種東西?」

但是其他人很快意識到, 如果創造一個不完美的模擬宇宙,僅僅讓它足夠愚弄其中的智慧生命,那麽所需的能量就會少得多

在這樣一個湊合著執行的宇宙裏,如果其中的智慧生命用科技裝置來觀測微觀世界的極致細節,或是宏觀世界的遙遠星空,模擬程式會迅速填充這些細節。

當然,只有很少的人會這樣做,所以在大部份時間裏,這些細節都只是一片空白。

在理論上,虛擬宇宙中的生命將永遠無法識破這種系統的詭計,因為每當它們試圖探究這些細節時,系統會迅速補交一份完美答案。

實際上,我們的世界就是這樣不完美的存在。

在量子力學領域,雙縫幹涉實驗、普朗克時間、普朗克空間等都在驗證這一點。

這種認識使構建虛擬宇宙具備可行性,甚至我們自己都可以做得到。現在的超級電腦已經可以粗略地推演早期宇宙的誕生過程,模擬初期星系的形成和演化。

「人造」太陽系的可能性

從上世紀七八十年代開始,有許多科幻愛好者開始相信,我們生活的太陽系可能是一個虛擬世界。

在此摘錄兩段資訊:

二十世紀的科學天才尼古拉·特斯拉在世時曾預言:「太陽系有防護罩,只有透過旋轉進行共振放大才能脫離太陽系的囚牢,才能轉移到任何一點上。太陽系是被制造出來的,我們被關閉起來,我們必須突破出去,我們必須努力進入宇宙的大家庭。」
1943年,尼古拉·特斯拉逝世後,美國與蘇聯在後開始著手太空計劃,由於美國盜取的文獻與獲得的資訊較多,除了與蘇聯一同實行登月與登火星計劃外,更成功發射探測器前往太陽系邊緣探測,直到三十年後終於確認了尼古拉·特斯拉的預言。

此兩段資訊是真是假,很難仔細考證原始資料。但是戰後,美蘇爭先恐後地紛紛花費巨資探索宇宙,甚至不惜為此開展太空競賽,似乎都想搶在對方前面找到什麽未知事物。

在太陽系的海王星以外,有一條極其神秘的「 古柏帶 」。

古柏帶距離太陽約40~50個天文單位(1天文單位約1.5億公裏),自身寬約30~50個天文單位,是太陽系在海王星軌域外黃道面附近天體密集的中空圓盤狀區域。

部份實證派科學家認為 此區域有「黑洞」或「暗星」 存在,附近有不斷吐出彗星與隕石的現象,具體的原因並不明朗。

1972年3月3日,美國「 先鋒10號 」搭載一張記載人類資訊與地球座標的「名片」發射升空,向離地球最近的金牛座恒星飛行,希望與地外文明取得聯系。

2003年1月份,在距離地球120億公裏處,不明原因地忽然減速,隨後與地球完全失聯。

1973年4月6日,美國「 先鋒11號 」同樣搭載一張相同的「名片」往銀河系中心飛行。1995年,在距離地球62億公裏的位置與地球失去聯系。

1977年9月5日,美國「 旅行者1號 」搭載一張記載人類科技資訊、二進制、音樂的「金唱片」向宇宙飛行。

1990年2月14日,在距地球60億公裏處,它最後一次回望「地球家園」並拍下地球照片以及太陽和九大行星的全家福後,被NASA下令關閉電源,此後未傳回其他宇宙影像。

1977年8月20日,美國「旅行者2號」搭載一張記載人類資訊的「金唱片」向古柏帶飛行,原計劃是要飛躍古柏帶,穿過奧爾特星雲進入星際空間。

2010年4月,在古柏帶邊緣,「旅行者2號」向地球發送了一些非常奇怪的訊號。時至今日,NASA的科學家也未能將訊號內容破解。有科學家提出,它可能遭到外星文明的劫持,但NASA並未作出回應。

美國的這幾次探測活動也引起廣泛的爭論。許多科學家認為,如此草率地把人類的資訊發送至宇宙空間,企圖聯系地外文明,可能會給全人類帶來難以預料的災難。

回望人類歷史上這四個宇宙探測器「寶寶」,它們孤零零地飛行在茫茫宇宙,其使命似乎是代表人類在向地外高等文明或「神族」進行「乞討」。

令人不解的是,當它們飛到古柏帶時,沒有傳回任何一張從那向外遙望宇宙星空的圖片 (或者是NASA未公布)。

部份天文科學家認為:

距離太陽三十億到一百億公裏的範圍非常神秘,形成了一個類似的「殼」。殼的厚度大約為七十億公裏左右,它仿佛是一個巨大的望遠鏡片,只有在鏡片內才能觀測到太陽系外的風景。

宇宙飛船飛過一百二十億公裏後,看太陽系外是一片黑暗。一百二十億到二百五十億公裏,太陽風也會被阻擋在此處。

太陽系的內殼至少分為5層,總共超過九十億公裏的厚度。在三十億到一百億公裏這個範圍內,向系外穿越的物體可能會突然減速,二百億公裏左右,物體會減速直至被摧毀。

在古柏帶之外,距離太陽5~10萬天文單位還有一片由數千億顆冰冷天體組成的奧爾特雲。

奧爾特雲最大半徑約為一光年,是一個包裹著太陽系的球形雲團,這裏被認為是無數神秘彗星的起源地。天文學家認為,奧爾特雲是50億年前形成太陽及其行星的星雲殘余物質,並包圍著太陽系。

太陽系的「外殼」,在保護著太陽系,也在保護或者禁錮著人類。那麽它是不是遠古人類或者高等文明制造的呢?

以上內容大約就是太陽系為「人造」,所觀測到的宇宙是太陽系外殼螢幕播放的「影像」,而人類正被某種未知的高等文明保護或監視這一說法的來源。

科幻電影【楚門的世界】講述的就是一種類似於此的困局。

「缸中之腦」存在的可能性

1999年3月31日,科幻大片【黑客帝國】在美國上映。

隨著電影的上映,由美國當代著名科學哲學家希拉蕊·普特南於上世紀八十年代提出的「缸中之腦」假想,再次進入人們的視野。

關於 「缸中之腦」的假想

「如果一個人被邪惡科學家施行了手術,他的大腦從身體上取了下來,放進一個盛有維持腦存活營養液的缸中。腦的神經末梢連線在電腦上,這台電腦按照程式向腦傳送資訊,以使他保持一切完全正常的幻覺。對於他來說,似乎人、物體、天空還都存在,自身的運動、身體感覺都可以輸入。這個大腦還可以被輸入或截取記憶(截取掉手術的記憶,然後輸入他可能經歷的各種環境、日常生活)。他甚至可以被輸入程式碼,‘感覺’到他自己正在這裏閱讀一段有趣而荒唐的文字。」

這個假想 最基本的問題是:「你如何擔保自己不是處在這種困境之中?」

關於假想,有一個饒有興味的問題:現實中的一切真的都可以放在一台超級電腦的硬碟上嗎?要給數十億熟睡中的人類模擬出現實來,所需要的電腦的算力絕對驚人。

從理論上來說, 真的可以把整個宇宙數位化,存放在一段有限的電腦程式中嗎

答案是真的可以

以色列科學院院士,專門研究「黑洞」的物理學家貝肯史坦,曾開創性的運用「消息理論」分析黑洞熵。

貝肯史坦曾證明:黑洞所含有的全部資訊量與黑洞事件穹界的表面積成比例。

現實宇宙的最小可能長度是「普朗克長度」(1.6*10的負33次方厘米),低於這個長度下的任何物質都將塌縮成黑洞而無法存在,這就是「空間的不連續性」。

也就是說,在微觀領域,宇宙空間是由一個個「普朗克長度」的小格子組成的,非常類似於電腦螢幕的分辨率。

在這個小到難以置信的距離,「空間——時間」不再光滑,而變成「泡沫狀」,像發起了一堆泡泡。

現在可以把黑洞事件穹界的球面分割成很小的正方形,每個都是普朗克長度那麽大。(意思就是把黑洞分成無數不可再分的小立方格)

如果每個正方形中都存有一些資訊,那麽當我們把所有的正方形加起來,就大致得出黑洞中存有的全部資訊量。

它似乎就表示,每一個「普朗克正方形」就是一個最小的資訊單位。

貝肯史坦聲稱,如果事實如此,也許資訊才是物理學的真正語言,而不是場論。

他說:「場論由於包含無窮性,所以可能無法成為最終答案。物理學終極理論不應是場的理論,甚至也不應是‘空間——時間’的理論,而是有關物理過程中資訊交換的理論。」

貝肯史坦作為頂級科學家,當然不可能像埃隆·馬斯克那樣,直接說出 「基本確定世界是虛擬的」 這樣的話。

如果宇宙可以被數位化,並可以被降解為0和1,那麽宇宙的資訊總量是多少呢?

貝肯史坦估算,大約1厘米見方的黑洞可存有10的66次方位元的資訊。

如果一個1厘米見方的物體可以存有如此多的資訊,可推算宇宙所存有的資訊要多得多,絕不少於10的100次方位元的資訊,原則上可以被塞進一個直徑為十分之一光年的球體中。

但是 模擬一個超現實宇宙,真的需要如此巨大的資訊記憶體嗎?

事實也許並非如此。

透過研究量子力學, 我們發現:對微觀領域的粒子,如果不進行具體觀測,那它會以一種機率化的方式存在 。說得直白點就是,如果對事物不進行精細觀測,它就只會呈現大概的模樣。

這種存在方式,非常 類似於電腦的渲染

譬如,我們玩3D電腦遊戲時,從人物視角望向遠方的山,只會看到一個渲染的山輪廓。當我們走近時,螢幕才會慢慢展現出山的細節。電腦的這種渲染模式,既不會破壞遊戲體驗,又能極大地降低需要即時運算的數據。

從理論上說,制造不完美宇宙的所有資訊可以儲存於一張巴掌大的「黑洞」式硬碟。透過合適的數據讀取與呈現方式,人類坐在家裏便能看見模擬宇宙中的任何事件在眼前展開。

原則上我們甚至可以把程式碼重新編程,讓物理現實以不同的方式展開,可以像造物主一般覆寫模擬宇宙的指令碼。

那麽宇宙中有沒有智慧文明已經達到如此高的科技水平呢?它們會不會這麽做呢?

在回答此問題之前,讓我們先來了解下關於宇宙高等智慧文明的 「費米悖論」 「大過濾器」 兩條重要假說。

費米悖論:

在可觀測宇宙中,有10的22次方數量級的恒星,僅銀河系中便有2500億顆恒星,有10億顆類地行星,保守估算應該已經產生10萬個智慧文明。

如果根據「卡爾達肖夫指數」,采用文明對能量的利用效率,來衡量文明所處層次。

I型文明: 有能力使用所在行星的全部能源。人類大約達到了0.7型文明。

II型文明: 有能力使用母恒星的全部能量(制造戴森球),或者能隨心所欲利用核融合能量。

III型文明: 能夠使用相當於整個銀河系的能源。這並非天方夜譚,因為有許多文明可能比地球早發展上億年,科技已發展到什麽程度無法想象。

如果1%的智慧文明最終成功達到具有星際殖民能力的III型文明的話,僅 銀河系就應該至少有1000個III型文明 。整個銀河系到處都有他們活動的蹤跡,那麽現在問題出現:

他們都在哪兒?他們去了哪裏?

為什麽至今為止,我們什麽都沒看到,什麽都沒聽到,也沒有和他們中的任何一個有深入的接觸?

以上就是 「費米悖論」

可能許多人要說,生命起源非常復雜。智慧生命產生的條件十分苛刻,也許人類因為各種機緣巧合,是宇宙中唯一的特殊存在。

事實真的會是這樣嗎?

上世紀,科學家們曾做過一個有趣的實驗。巨大的平面區域分割成很多小方格,每個格子可以有黑白兩色,格子的顏色由它周圍的八個格子約束。

然後設定四個簡單的初始條件:

1、如果一個格子周圍有3個格子為白,則該格子為白。其含義是:當前生命周圍有3個存活生命時,該生命誕生。(模擬族群的繁殖)

2、如果一個格子周圍有2個格子為白,則該格子顏色不變。其含義是:當前生命周圍有2個存活生命時,該生命存活。(模擬族群的延續)

3、如果一個格子周圍白色格子少於2個,則該格子為黑。其含義是:當前生命周圍存活生命低於兩個時, 該生命死亡。(模擬族群密度過低時生命的死亡)

4、如果一個格子周圍有超過3個格子為白,則該格子為黑。其含義是:當前生命周圍有3個以上的存活生命時時,該生命死亡。(模擬族群密度過高時生命的死亡)

最後在平面上隨機選幾個格子為白,設定初始條件,然後不加任何幹擾,讓其自行演化。

剛開始,格子的顏色雜亂無章的變化。經過一段時間的演變後,神奇的一幕出現,格子的顏色竟然產生穩定而規律的變化。

隨著時間的推移,格子組成更加規律而復雜的圖案。最後逐漸組成穩定的系統,同時有規律的移動,並相互交換物質。

透過簡單約束條件,在一片混沌當中,經過更長時間演化,復雜而穩定的系統自發產生, 呈現一種類似無機物到胺基酸、有機物、蛋白質的「生命前進演化」的現象

此實驗的名字就叫 「生命遊戲」

在此不妨大膽想象一下,如果時間夠久,格子數目夠多,最終它甚至能演變出二維宇宙的生命也未可知。

既然銀河系中的類地行星,擁有和地球類似的初始條件,經過數十億年演化,同樣會產生復雜的智慧生命群體。

那麽 為什麽會出現「費米悖論」呢?

經過半個多世紀的討論, 科學家們提出了「大過濾器」的假說

大過濾器:

「大過濾器」簡單說就是在生命發展的9個或更多的關鍵階段,至少有一個階段是難以跨越的,有點類似於「渡劫」。

人類目前處於第八階段,下一個階段是「星際殖民擴張」。

鑒於目前尚未發現其他文明到達了第九階段,也許「大過濾器」就在我們前面,只是不知道何時它會起作用。

在此,本文將從另外角度提出一個 關於「大過濾器」的科幻推理:

科技發展到「星際文明」後可能會導致宇宙淪陷,或者宇宙中的「星際文明」將被直接淪陷

此結論是怎麽推理出來的呢?

為簡單說明,再回到上文所說的3D遊戲。為降低電腦的運算量,遊戲內許多不必提供確切細節的場景,采用渲染式的模糊處理,電腦流暢執行。

如果我們把遊戲畫質調到最高,本來模糊處理的細節都需一一精確呈現,電腦的數據運算量成倍增加。 當運算的數據超過處理能力時,電腦便會出現卡頓、崩潰、當機現象。

同樣的,我們的宇宙並不「完美」,許多微觀宏觀細節也是模糊處理。

當某一文明的科技發展到「星際文明」時,他們觀測宇宙微觀、宏觀的手段高度發達,甚至可以同時監控整個星系,甚至數十、數百個星系內的精確細節。 面對無數的精細觀測,宇宙必須經過運算呈現出確切答案。假若超出宇宙的運算能力,可能將導致整個系統崩潰。

還有第二種可能:

假若宇宙是虛擬的,當「星際文明」產生的運算數據龐大到導致宇宙執行異常時,必定會被虛擬宇宙的「造物主」所檢測到,接下來應該就會遇上「大過濾器」而直接清除。

也許宇宙存在的目的,並不是為了孕育出智慧生命。

智慧生命只是宇宙在執行時,因各種 機緣巧合而產生的「病毒」或者說是個BUG 。它們是系統的不安定因素,當對系統不構成威脅時,「造物主」可能聽之任之,一旦對系統穩定造成威脅,就即將面臨著「防毒」的命運。

牛津大學哲學家尼克·博斯特羅姆認為,以下三種可能性當中必有一種是正確的。

一、所有文明在科技成熟之前都已經滅亡。

二、所有科技成熟的文明都對制造模擬宇宙沒有興趣。

三、人類文明實際上正生活在一個電腦程式當中。

所以他表示,宇宙很可能是被模擬出來的,我們人類的大腦本身可能就是整個虛擬程式的一部份,而不是說虛擬程式把感應裝置連線到人的大腦,進而傳遞訊號。

也就是說, 「缸中之腦」不太可能真實存在

下文將繼續探索:假若現實宇宙是「虛擬」的,那它是如何虛擬的?它可能存在哪些BUG?系統的底層機制是什麽?等一系列問題的答案。