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科学家通过数学证明:宇宙不可能是计算机模拟出来的

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在探索宇宙本质的过程中,人们提出了各式各样的理论,其中有一种被称为“模拟假说”(Simulation Hypothesis)的理论认为,我们所知的宇宙,可能并不是真实的,而是由某种强大的计算机系统模拟出来的虚拟宇宙。

该理论指出,在这种虚拟宇宙里,物理定律相当于程序规则,客观现实相当于程序输出,而人类的感知和意识则是系统内部的一部分过程,只要系统在细节和逻辑上足够完备,身处其中的我们就无法察觉到宇宙并不真实。



对于“模拟假说”,有不少人都表示支持,其中不乏一些知名人士,比如说马斯克就曾经表示,我们人类生活在真实世界中的概率,可能不到10亿分之1,当然了,科学界里反对该理论的也大有人在,他们也一直在致力于研究如何对其进行有力的反驳。

引人注目的是,根据一项发表在《物理学中的全息术应用杂志》上的研究,科学家通过数学证明,宇宙不可能是计算机模拟出来的。这具体是怎么回事呢?下面我们就了解一下。

简单来讲,“模拟假说”的逻辑大概是这样的:如果一个文明能够存活足够长的时间,并且拥有足够强大的算力,他们必然会有兴趣模拟他们的祖先,或者模拟宇宙演化的历史,而一旦这种模拟开启,其产生的虚拟宇宙数量将远远超过那个唯一的“真实宇宙”。



更重要的是,如果模拟出的宇宙足够完美,里面的虚拟智慧生命就可能会发展出自己的计算机技术,然后在虚拟宇宙里再模拟出新的虚拟宇宙,这就形成了一种“递归”,随着这种“套娃”过程的持续,虚拟宇宙的数量就将会多得难以想象,如此一来,我们人类所知的宇宙是那个唯一的“真实宇宙”里的概率,就会无限趋近于零。

这样的逻辑看上去似乎无懈可击,但却有一个重要的前提,即:宇宙中所有的物理事实都是可以被完全计算的。也就是说,支持该理论的人认为,只要算力足够强,宇宙中的一切,从星系的旋转到你此刻阅读文字时的大脑活动,都可以被计算机模拟。

实际上,此次研究正是通过数学证明了,这个前提是错误的。

科学家指出,无论多么高级的计算机,其本质都是基于算法的,而算法是一系列明确的、有逻辑的步骤(例如输入A,经过规则处理,输出B),计算机的所有操作,归根结底都是在执行一串串的算法指令。



然而哥德尔不完全性定理告诉我们,对于任何一个形式系统而言,只要它包括了简单的初等数论描述,并且是自洽的(没有自相矛盾),那么它必然是不完备的。这意味着,在这个系统内部,总是会存在真实但无法由该系统内部算法或规则证明的命题,这通常被称为“哥德尔真理”。

为方便理解,我们可以举个简单的例子。考虑这句话:“这句话是不可证明的。”如果你能证明这句话是对的,那么这就与这句话的内容矛盾了,但如果你能证明这句话是错的,那么这句话描述的事实就是真的。

在此次研究中,科学家在物理理论层面进行了复杂的数学推导,结果发现,如果宇宙所有的物理事实都可以被一个完整算法所描述,那么这个算法就应该能够计算或证明所有与物理事实有关的“哥德尔真理”,然而由于哥德尔不完全性定理的限制,总会有一些真实的物理现象无法通过任何算法得出或证明。



也就是说,如果我们所知的宇宙真的是计算机模拟出来的,那么它必须严格遵循某种代码逻辑,所以在这个程序的运行过程中,它迟早会处理到那些“真实存在,但无法被算法描述”的对象,在这种情况下,程序就无法正常运行,甚至直接“卡住”或者崩溃。

然而我们并没有观测到这样的情况,这就证明了,我们所知的宇宙并没有通过某种算法来决定下一刻发生什么,它本身就包含了一种直接的、非计算的确定性。

所以此次研究给出的结论就是,既然计算机模拟必然是基于算法的,而真实的宇宙中包含了“哥德尔真理”这种无法被算法描述的成分,那么事实就是显而易见的:宇宙不可能是计算机模拟出来的。

科学家表示,长久以来,物理学家们梦寐以求的“万有理论”(Theory of Everything),通常被设想为一组美妙的方程,我们曾经以为,只要找到了这组方程,把它们输入一台足够强大的计算机,就能描述宇宙中的一切。



但此次研究表明,这种想法可能从根本上就是错的,因为一个完整且一致的现实描述,要求某种更深层的理解,这种理解无法被简化为计算,而这也就意味着,或许并不存在这样一组能被写进计算机程序里的“万有理论”,因为现实的丰满程度会永远超越于算法的边界之外。

参考资料:Consequences of Undecidability in Physics on the Theory of Everything,Journal of Holography Applications in Physics. DOI: 10.22128/jhap.2025.1024.1118

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