例如，在閱讀時，我們不會注意紙上墨水的微觀結(jié)構(gòu)或者屏幕上的單個像素圖案。我們只需要看視野中整體的圖像，微觀墨水或者像素的排列完全無關(guān)緊要。

　　然而，這并不意味著錯綜的墨水/像素圖案就不存在或者無關(guān)緊要，雖然它們與我們無關(guān)。但事實上，螞蟻或細(xì)菌的行為很容易受到這些微觀模式的影響。

　　就像書中的字母一樣，這本書包含的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們理解潛在故事所需的復(fù)雜性

　　結(jié)論簡單來說就是：

　　世界包含的細(xì)節(jié)遠(yuǎn)超于我們關(guān)心的內(nèi)容。

　　為什么這個很關(guān)鍵？當(dāng)我們討論模擬時，像虛擬現(xiàn)實和游戲，我們只需要模擬宏觀的現(xiàn)象，而忽略微觀的細(xì)節(jié)。

　　當(dāng)然，這對于模擬來說并不是問題。只要主要宏觀的現(xiàn)象是準(zhǔn)確的，模擬就完成了它的任務(wù)（對人眼而言）。事實上，這種對于微觀的省略往往是提升效率的一個重要體現(xiàn)。畢竟，為什么要花費多余的計算內(nèi)存來模擬我們不會注意到的地方？

　　我們發(fā)現(xiàn)：計算機模擬只會捕捉宏觀的內(nèi)容，而忽略微觀的細(xì)節(jié)。

　　事實上，有個簡單的方法可以區(qū)分模擬和現(xiàn)實：嘗試放大！現(xiàn)實中，我們可以用放大鏡來觀察紙上墨水的細(xì)節(jié)。如果需要更多細(xì)節(jié)，可以用顯微鏡來看到更多。在更極端情況下，我們甚至可以把墨水汽化，用加速器來觀察它在亞原子世界的成分。

　　當(dāng)然，如果投入更多的計算資源來模擬世界的微觀細(xì)節(jié)，肯定有一天可以模擬到原子的尺度甚至更深……對吧？

　　事實上，有點困難。從我們的物理實驗來看：我們觀察的視角最大已經(jīng)到可觀察宇宙邊緣的最遠(yuǎn)星系（約1000億光年），最小的亞原子粒子（~fm，大概是千萬億分之一米，夸克的大?。?。整個世界的尺度比例差異接近1040，目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)任何像素點或者故障的跡象。在這個規(guī)模的尺度遠(yuǎn)超過我們快速發(fā)展的計算機的計算能力。事實上，人類會探索世界更廣的尺度，因此整個宇宙的真實大小會更大。我們所處的世界是個模擬的么？可能性極低。

　　從可觀測的宇宙到最小的亞原子粒子，

　　有超過 40 個數(shù)量級

　　（來源：維基百科）

　　在目前的討論中，我們甚至還沒有涉及到動力學(xué)。如果將宇宙 130億年的動態(tài)演化加入到模擬假說中會發(fā)生什么？事實證明，模擬假說更不可信。

　　Part.3

　　混沌的世界

　　我們的世界是高度動態(tài)化的，從微觀到宏觀，每一秒都有不可估量的變化。變化帶來不可預(yù)測性：從天氣模式到股票市場到賭場，不確定性已融入我們的社會。

　　在大多數(shù)情況下，我們所謂的不確定性實際上是不可知。例如，股票市場似乎是不可預(yù)測的，因為沒有人可以完全考慮每個人的心理和買賣模式。天氣是不可預(yù)測的，因為它取決于大量分子的動態(tài)，而這對我們來說是不可能跟蹤的。

　　以天氣模式為例，由于混沌，

　　我們的世界無序且不可預(yù)測

　　高度的不確定性是復(fù)雜系統(tǒng)的通常狀態(tài)，這些情況統(tǒng)稱為混沌。

　　當(dāng)系統(tǒng)達到一定的復(fù)雜度時，就會出現(xiàn)混沌，目前并沒有明確的數(shù)學(xué)方程可以完全追蹤其演化過程。這些系統(tǒng)沒有特殊的屬性（或?qū)ΨQ性），除了一些一般的物理定律（即能量和動量守恒）。它們有以下特征：

　　1。  模式永不重復(fù)；

　　2。  最終可能會生成任意可能的構(gòu)型；

　　3。  小的擾動會造成大的變化。

　　另一個更具計算性的觀點是，混沌事件是真正有效的信息擾碼技術(shù)，很像計算機中的偽隨機數(shù)生成器。

　　上面的第 3 點也稱為蝴蝶效應(yīng)。正如它的名字所暗示的，即使是蝴蝶翅膀扇動這樣的微小變化也可能會導(dǎo)致劇烈的結(jié)果（像風(fēng)暴甚至颶風(fēng)）。

　　從模擬的角度來看，這意味著在模擬混沌系統(tǒng)時，模擬結(jié)果的誤差將呈指數(shù)增長：

　　誤差 ~ e相互作用×?xí)r間

　　由于指數(shù)增長，即使是最微小的初始錯誤最終也會變得難以處理。鑒于計算機始終具有有限的精度，經(jīng)過足夠長的時間演化后，它永遠(yuǎn)無法準(zhǔn)確預(yù)測混沌系統(tǒng)的結(jié)果，這也是天氣等混沌系統(tǒng)中不確定性的來源。這個的結(jié)論非常深刻：

　　無論計算機多么強大，隨著錯誤呈指數(shù)增長，它最終都無法模擬混沌系統(tǒng)。

　　即使是一個蝴蝶翅膀的扇動也會造成最終結(jié)果的巨大誤差，世界不能被真正模擬

　　換句話說，即使我們有足夠的計算資源來真實地模擬系統(tǒng)的微觀和宏觀部分，它仍然與真實系統(tǒng)不同！

　　在現(xiàn)代模擬中，是怎么解決這個問題的？我們生成偽隨機數(shù)，然后求解統(tǒng)計近似值。因此，混沌的結(jié)果被概率預(yù)計，對人類來說，這些誤差不會被注意到。這就是為什么一些混沌系統(tǒng)只產(chǎn)生概率結(jié)果以及可量化的不確定性（比如天氣和股票預(yù)測）。

　　模擬，仍然是遠(yuǎn)離現(xiàn)實的。

　　Part.4

　　模擬的視角？

　　你也許可以發(fā)現(xiàn)我們論點中一個潛在的“缺陷”：我們默認(rèn)用來分辨模擬所遵循的物理定律，并不來自于某個模擬本身。

　　好吧，那假設(shè)我們當(dāng)前的物理定律是錯誤的，世界遵循的是我們定律的“模擬”版本，我們的實驗測試定律只是近似值。這意味著我們測量的所有數(shù)字都具有有限的精度，并且肯定存在等待發(fā)現(xiàn)的小故障和錯誤。

　　這就是物理學(xué)的用武之地：即使用越來越高的精度和越來越小的時間間隔檢查系統(tǒng)，也沒有發(fā)現(xiàn)任何實驗偏差或故障。

　　例如，2015 年，LIGO 完成了有史以來最驚人的發(fā)現(xiàn)之一——兩個黑洞合并產(chǎn)生的引力波（最終獲得了 2017 年的諾貝爾獎）。這一發(fā)現(xiàn)源于測量由超過 10 億光年之外的引力波引起的質(zhì)子寬度的 1/10000 大小的微小距離變化！結(jié)果與愛因斯坦的方程完美匹配，沒有明顯的小故障或偏差。也許我們可以發(fā)現(xiàn)一些誤差，但為此而花費的資源是沒有必要的。

　　2015年 LIGO 檢測到引力波，

　　與愛因斯坦的預(yù)測完美匹配。

　　（引自：LIGO）

　　更重要的是，物理定律不僅僅能與實驗完美兼容，它們在理論上也是優(yōu)雅完備的，在某些程度上，也是數(shù)學(xué)自洽的。當(dāng)我們物理定律本身是完備且優(yōu)雅的時候，也不必將其囊括在“模擬”的框架中了。加一個“模擬”的標(biāo)簽并不會為物理定律本身增添預(yù)測性、價值或者簡單性。

　　Part.5

　　全能模擬？

　　我們的討論還有一個潛在的可以反駁的論點：如果我們自身經(jīng)歷也是模擬的呢？每次我們放大、觀察或者做實驗時，我們的體驗都會被實時模擬，從而來模仿更復(fù)雜的世界。

　　如果所有的一切都是被全能的機器

　　模擬的呢？比如說神？

　　到這里，模擬假說離開了科學(xué)的領(lǐng)域：所有的不一致都被“解釋”為模擬。如果是真的，那么我們關(guān)于模擬的想法也是模擬的，那么如何相信它們是真實的想法？再深究，是關(guān)于自由意志、決定論……等等的問題，討論就會無窮無盡。

　　拋開哲學(xué)不談，從實踐的角度來看，拋棄有明確定義的物理定律，選擇一個萬能的“模擬”的概念并沒有什么好處。這樣會剝奪我們世界的可預(yù)測性和可證偽性，因為對自然現(xiàn)象的所有解釋都可以歸咎為“僅僅因為”。

　　由于這個萬能版本的模擬假說缺乏任何科學(xué)價值，我們將不再進一步討論這種可能性。

　　Part.6

　　量子世界

　　到現(xiàn)在，還剩一件事需要討論：到目前為止，所有的討論都涉及到經(jīng)典物理學(xué)，忽略了所有量子力學(xué)的輝煌成就。

　　將看世界的視角縮小到最小，可以看到量子力學(xué)的世界，比如這個氫原子的圖像

　　量子力學(xué)的引入并不會使我們的論點無效，因為經(jīng)典物理學(xué)是我們討論的領(lǐng)域很好的近似。然而，量子物理學(xué)確實使我們的論述不完整。完整的論述需要先定義什么是量子模擬，甚至，我們還需要對我們的量子力學(xué)世界有一個完整的了解。

　　不幸的是，目前這些都還不可能實現(xiàn)，因為：

　　1。  我們目前還沒有可以工作和應(yīng)用的量子計算機；

　　2。  沒有完全理解基礎(chǔ)物理學(xué)在量子力學(xué)上的工作原理（特別是重力）。

　　鑒于我們對量子世界的許多方面仍然不清楚，談?wù)撐覀兪欠裆钤诹孔幽M中是沒有意義的。因此，進一步的推測性論點不會提及。盡管如此，在量子力學(xué)中存在一些新的亮點：

　　1。  由于糾纏，量子力學(xué)包含更多隱藏的復(fù)雜性，經(jīng)典計算機更難以模擬它。當(dāng)然，量子計算機可以部分模擬。

　　2。  量子計算機受到數(shù)學(xué)定理的限制，例如不可克隆定理（No-cloning theorem）（以及等效的不可刪除定理），這使得模擬假說的想法更加微妙。

　　3。  最近的研究暗示了量子計算和量子引力之間的一些聯(lián)系。

　　一些頑固的模擬支持者可能會爭辯說，世界的一些復(fù)雜性是模擬假說量子力學(xué)版本的證據(jù)。但歸根結(jié)底，如果我們甚至無法定義量子模擬的含義，模擬假說也只不過是一個無關(guān)緊要的標(biāo)簽。

　　Part.7

　　結(jié)論

　　在自然科學(xué)（特別是物理學(xué)），假設(shè)需要是具體且可預(yù)測的，只有這樣才能具備科學(xué)價值。模擬假說同樣不可避免地需要同樣的判斷。

　　當(dāng)我們試圖將這個假設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榭山?jīng)科學(xué)審查修正的東西時，我們被迫將自然世界與我們現(xiàn)在理解的計算機模擬進行比較?？梢园l(fā)現(xiàn)，盡管計算機發(fā)展迅速，但與真實世界高度動態(tài)、高復(fù)雜性、高無序度和固有的量子力學(xué)相比，還是不堪一擊。因此模擬假說作為科學(xué)假設(shè)的候選，是站不住腳的。

　　如果我們?nèi)匀粓猿址Q我們的世界為模擬的，那么它要么必須是全能的模擬，要么必須是有史以來最笨拙、效率最低的模擬。在后一種情況下，承載此類模擬的“計算機”必然具有更多的移動部件和復(fù)雜性，如果要具備科學(xué)價值的話，控制計算的物理學(xué)可能比我們世界中的物理學(xué)定律復(fù)雜得多。

　　難怪在基礎(chǔ)物理學(xué)中，關(guān)于此類主題的同行評議論文不多。這并不否認(rèn)計算和模擬在某些方面可以激發(fā)理論物理學(xué)的新研究。然而，就目前而言，模擬假說只能幫助我們產(chǎn)生想法的靈感來源，并不能指導(dǎo)或影響我們對世界的理解。

　　Part.8

　　結(jié)語

　　估計捕獲我們宇宙的全部信息的計算機位數(shù)很有意思。從 LIGO 測量到的可觀測宇宙的大小，大約有1045 數(shù)量級的跨度，如果每個位置都需要一位（bit）來存儲，則至少需要（1045）3= 10135位。

　　稀疏表示（sparse representation）可能是一種更有效的方式。為了估計稀疏表示下位數(shù)的下界，我們使用大約 1080 個原子，每個位置變量的精度為 1045，至少需要 100 位，總共產(chǎn)生 1082 位。其他信息的話可能需要更多。

　　有趣的是，量子引力提供了另一種計算可觀測宇宙中量子比特數(shù)的方法（或者更嚴(yán)格地說是與黑洞熵有關(guān)的上界），并快速計算給出了大約 10120 量子位的數(shù)量（不保證精度）。雖然我們無法準(zhǔn)確地將量子位與經(jīng)典位進行比較，但它表明宇宙中有一種非常有效的信息存儲方式。雖然我們可以通過黑洞物理學(xué)來計算這個界限，但我們還不明白這些位是如何高效排列的。這只是關(guān)于量子引力的眾多有趣事實之一！

　　原文鏈接：

　　https：//medium.com/the-breakthrough/why-we-dont-live-in-a-simulation-a-physicist-s-perspective-1811d65f502d

　　來源：中科院物理所