虚拟现实的逻辑和模型

有一天，庄子梦见自己变成了一只蝴蝶。醒来之后，庄子提出一个疑问：究竟是我在梦中变成蝴蝶呢？还是蝴蝶在梦中变成了我？如果庄子生活在现代，并玩过电脑游戏或看过《黑客帝国》的话，庄周梦蝶或许会转化为一个新的问题：我们和周遭的世界是真实的，还是虚拟的计算机程序？

2003年，牛津大学的哲学家博斯特罗姆在《哲学季刊》上撰文讨论了这个问题。他提出，以下三个命题至少有一个为真：（1）人类很可能还未进入“后人类”阶段时就已灭绝；（2）不论何种后人类文明，他们都极有可能大规模开展有关自身演化历史（或其他类似过程）的模拟；（3）几乎可以肯定，我们活在一场计算机模拟之中。

博斯特罗姆的基本想法是，假设在未来某一天，我们的后代会在超级计算机中模拟他们的祖先（或类似人物）。由于计算机的威力巨大，他们可以同时运行很多这样的模拟程序。再假设这些模拟对象都存在意识。那么，绝大多数像我们这样存在意识的人都可能是某种发达文明的模拟对象，而非他们的实体祖先。这是因为我们正遭受着一种黑暗森林般的信息匮乏，只能通过计算概率来获得启示。博斯特罗姆用一个简单的数学模型指出，纵观古今，如果所有存在过的虚拟人物远远多于真实人物，那么在其中随机选择时，选中虚拟人物的概率就会非常大，于是我们就更倾向于认为自己是虚拟人物。反之，如果我们否认自己活在一场虚拟现实中，那么我们就无权相信总有一天我们的后代会大规模地模拟他们的祖先。除非我们活在计算机模拟中，否则我们的后代几乎永远不可能开展祖先模拟。

对于这个推理，霍金的得意门生，阿尔伯塔大学的物理学家佩奇提出了质疑。佩奇认为，博斯特罗姆假设了意识的存在不依赖于具体的介质。换句话说，博斯特罗姆认为由超大规模集成电路和计算机程序产生的意识，可以完全等价于由人脑神经活动产生的意识。如果这个假设不成立，如果意识的存在依赖于承载它的介质，那么计算机就无法模拟意识。由于我们都拥有意识，所以我们就不可能生活在虚拟现实之中。

两人针锋相对的观点或将得到初步检验。2005年，IBM和瑞士大学合作启动了“蓝脑工程”，旨在用超级计算机模拟人脑的认知、感觉、记忆等多种功能。根据神经突触数量及放电频率，有人估计人脑的运算速度为每秒10^16到10^17次。而截至2012年底，世界上最快的计算机，IBM公司的“红杉”的运算速度恰好达到每秒10^17次。

如果“蓝脑工程”取得成功，博斯特罗姆设想的祖先模拟就有望实现。根据最保守的估计，一个跟地球相当的行星级计算机的运算速度能达到每秒10^33次。此时，我们只需要让它运行区区几分钟，就能完成从南方古猿到现在的所有人类大脑的运算量。不过在量子力学的运算极限面前，这样的速度不值一提。早在2000年，麻省理工学院的物理学家罗伊德就在《自然》上的一篇文章中指出，考虑量子力学之后，一个重量为一千克、体积为一升的终极笔记本每秒可以进行5×10^50次运算，内存更是高达10^31比特。到那时，人们或许已经不能满足于仅仅模拟人类的意识，更要模拟人类的生存环境。

显然，我们绝不可能用宇宙的一部分来模拟整个宇宙。因此，剑桥大学的物理学家巴罗指出，任何虚拟现实的程序都会对环境进行大幅简化。如果用放大镜观察计算机屏幕，你会发现一颗颗马赛克状的像素；如果虚拟人物仔细探究周遭的环境，他们也应该会发现某些粗制滥造的痕迹。更有甚者，计算机程序中必定包含某种不可预知的逻辑漏洞。模拟者为了防止程序崩溃，就得随时准备打补丁。因此，虚拟人物会发现他们周围的某些东西在随时间变化，比如粒子物理标准模型的精细结构常数α（少数人认为早期宇宙的α值与现在不同，其中包括巴罗）。有趣的是，2011年，为了修补之前论文中的数学漏洞，博斯特罗姆在牛津大学校刊《分析》上发表了一篇标题中带有补丁字样的短文，用行动回应了巴罗的论断。

尽管有科学家的参与，但大部分有关虚拟现实的研究都还未超出思辨的范畴。可喜的是，波恩大学的比恩、华盛顿大学的达乌迪和萨维奇共同向实证迈出了一小步。2012年10月，这三位物理学家向预印本网站上传了一篇论文，题为《数值模拟宇宙的约束条件》。他们假设宇宙的时空不是连续的，而是一组四维的立方形离散格点。如果模拟者想用格点上的程序生成原子核中的强相互作用，那么为了满足宇宙射线能量的理论上限，格点大小就必须小于10^-12飞米（1飞米等于10^-15米，即一个原子核的大小）。同时，我们还会在宇宙射线中观察到某种格点对称性，而非各向同性。假如格点远远小于这个限定，这种格点对称性就不再重要，但高能宇宙射线的能谱又会有新的特征。假如模拟者采用非立方形的格点，高能宇宙射线的能谱中也会存在相应的印记。

当然，除了强相互作用，我们的宇宙中还存在其他三种相互作用（弱、电磁和引力）。我们无法统一地描述这四种相互作用，更不清楚宇宙中占绝大多数的暗能量和暗物质由什么组成。这些困难表明我们尚未具备分辨虚拟现实的能力。不过，比恩等人相信，只要宇宙是有限的，潜在模拟者动用的计算资源就是有限的，于是，他们所模拟的时空范围和格点大小也是有限的。所以理论上说，模拟对象总会有办法发现模拟者的存在。