虛擬現實的邏輯和模型

有一天，莊子夢見自己變成了一只蝴蝶。醒來之后，莊子提出一個疑問：究竟是我在夢中變成蝴蝶呢？還是蝴蝶在夢中變成了我？如果莊子生活在現代，并玩過電腦游戲或看過《黑客帝國》的話，莊周夢蝶或許會轉化為一個新的問題：我們和周遭的世界是真實的，還是虛擬的計算機程序？

2003年，牛津大學的哲學家博斯特羅姆在《哲學季刊》上撰文討論了這個問題。他提出，以下三個命題至少有一個為真：（1）人類很可能還未進入“后人類”階段時就已滅絕；（2）不論何種后人類文明，他們都極有可能大規模開展有關自身演化歷史（或其他類似過程）的模擬；（3）幾乎可以肯定，我們活在一場計算機模擬之中。

博斯特羅姆的基本想法是，假設在未來某一天，我們的后代會在超級計算機中模擬他們的祖先（或類似人物）。由于計算機的威力巨大，他們可以同時運行很多這樣的模擬程序。再假設這些模擬對象都存在意識。那么，絕大多數像我們這樣存在意識的人都可能是某種發達文明的模擬對象，而非他們的實體祖先。這是因為我們正遭受著一種黑暗森林般的信息匱乏，只能通過計算概率來獲得啟示。博斯特羅姆用一個簡單的數學模型指出，縱觀古今，如果所有存在過的虛擬人物遠遠多于真實人物，那么在其中隨機選擇時，選中虛擬人物的概率就會非常大，于是我們就更傾向于認為自己是虛擬人物。反之，如果我們否認自己活在一場虛擬現實中，那么我們就無權相信總有一天我們的后代會大規模地模擬他們的祖先。除非我們活在計算機模擬中，否則我們的后代幾乎永遠不可能開展祖先模擬。

對于這個推理，霍金的得意門生，阿爾伯塔大學的物理學家佩奇提出了質疑。佩奇認為，博斯特羅姆假設了意識的存在不依賴于具體的介質。換句話說，博斯特羅姆認為由超大規模集成電路和計算機程序產生的意識，可以完全等價于由人腦神經活動產生的意識。如果這個假設不成立，如果意識的存在依賴于承載它的介質，那么計算機就無法模擬意識。由于我們都擁有意識，所以我們就不可能生活在虛擬現實之中。

兩人針鋒相對的觀點或將得到初步檢驗。2005年，IBM和瑞士大學合作啟動了“藍腦工程”，旨在用超級計算機模擬人腦的認知、感覺、記憶等多種功能。根據神經突觸數量及放電頻率，有人估計人腦的運算速度為每秒10^16到10^17次。而截至2012年底，世界上最快的計算機，IBM公司的“紅杉”的運算速度恰好達到每秒10^17次。

如果“藍腦工程”取得成功，博斯特羅姆設想的祖先模擬就有望實現。根據最保守的估計，一個跟地球相當的行星級計算機的運算速度能達到每秒10^33次。此時，我們只需要讓它運行區區幾分鐘，就能完成從南方古猿到現在的所有人類大腦的運算量。不過在量子力學的運算極限面前，這樣的速度不值一提。早在2000年，麻省理工學院的物理學家羅伊德就在《自然》上的一篇文章中指出，考慮量子力學之后，一個重量為一千克、體積為一升的終極筆記本每秒可以進行5×10^50次運算，內存更是高達10^31比特。到那時，人們或許已經不能滿足于僅僅模擬人類的意識，更要模擬人類的生存環境。

顯然，我們絕不可能用宇宙的一部分來模擬整個宇宙。因此，劍橋大學的物理學家巴羅指出，任何虛擬現實的程序都會對環境進行大幅簡化。如果用放大鏡觀察計算機屏幕，你會發現一顆顆馬賽克狀的像素；如果虛擬人物仔細探究周遭的環境，他們也應該會發現某些粗制濫造的痕跡。更有甚者，計算機程序中必定包含某種不可預知的邏輯漏洞。模擬者為了防止程序崩潰，就得隨時準備打補丁。因此，虛擬人物會發現他們周圍的某些東西在隨時間變化，比如粒子物理標準模型的精細結構常數α（少數人認為早期宇宙的α值與現在不同，其中包括巴羅）。有趣的是，2011年，為了修補之前論文中的數學漏洞，博斯特羅姆在牛津大學?？斗治觥飞习l表了一篇標題中帶有補丁字樣的短文，用行動回應了巴羅的論斷。

盡管有科學家的參與，但大部分有關虛擬現實的研究都還未超出思辨的范疇?？上驳氖?，波恩大學的比恩、華盛頓大學的達烏迪和薩維奇共同向實證邁出了一小步。2012年10月，這三位物理學家向預印本網站上傳了一篇論文，題為《數值模擬宇宙的約束條件》。他們假設宇宙的時空不是連續的，而是一組四維的立方形離散格點。如果模擬者想用格點上的程序生成原子核中的強相互作用，那么為了滿足宇宙射線能量的理論上限，格點大小就必須小于10^-12飛米（1飛米等于10^-15米，即一個原子核的大?。?。同時，我們還會在宇宙射線中觀察到某種格點對稱性，而非各向同性。假如格點遠遠小于這個限定，這種格點對稱性就不再重要，但高能宇宙射線的能譜又會有新的特征。假如模擬者采用非立方形的格點，高能宇宙射線的能譜中也會存在相應的印記。

當然，除了強相互作用，我們的宇宙中還存在其他三種相互作用（弱、電磁和引力）。我們無法統一地描述這四種相互作用，更不清楚宇宙中占絕大多數的暗能量和暗物質由什么組成。這些困難表明我們尚未具備分辨虛擬現實的能力。不過，比恩等人相信，只要宇宙是有限的，潛在模擬者動用的計算資源就是有限的，于是，他們所模擬的時空范圍和格點大小也是有限的。所以理論上說，模擬對象總會有辦法發現模擬者的存在。