科學探索：一個公式，計算我們身處模擬的可能性


一種版本的德雷克方程。其中，N代表銀河係中可能與我們通訊的文明數量；R*代表適合智能生命發展的行星形成的平均速率；fp代表恒星具有行星係的比例；Ne代表銀河係中擁有宜居生態環境的行星平均數量；fl代表宜居行星上有生命出現的比例；fi代表有生命出現的行星上演化出智慧生物的概率；fc代表智慧生物能夠進行通訊的概率；L代表這種文明將可檢測的信號發射到太空的時長。（圖片來源：SETI Institute）
作為科學界最著名的算式之一，德雷克方程（Drake equation，又稱薩根方程）估計了銀河係中可能存在著多少智能文明，計算了我們在這茫茫宇宙中並非孤單存在的可能性。
對於該方程中的某些項（如銀河係中的恒星數量、這些恒星係統的宜居帶中，有行星存在的比例），我們已經有了充分的認識；但對於其他項（如行星發展出智慧生命的概率）卻知之甚少，而有些項（如其他文明在被發現之前就毀滅自己的概率）可能永遠也不會為人所知。
盡管如此，德雷克方程也使得科學家能夠為可能存在的智慧文明數量劃定出重要閾值。
但是，人類有可能在另一種意義上與外星智慧生命聯係在一起——我們的世界可能隻是由這種外星生命所操作的超級計算機中的一場模擬罷了。確實，不少科學家、哲學家都曾說過，發生這種情況的可能性可能接近於1。換句話說，我們很可能就處於模擬之中。這些論斷的準確性存在爭議。我們亟需一種方法來確定自己有多大可能正身處模擬之中。
加拿大蒙特利爾大學的Alexandre Bibeau-Delisle和Gilles Brassard推導出了類似德裏克方程的方程，該方程式計算了我們生活在計算機模擬中的可能性。計算結果引起了一些反直覺的思考，這些思考可能會改變我們對於如何確定自己是否處於模擬之中、能否逃脫的看法。
計算能力
Bibeau-Delisle和Brassard首先對可用於創建模擬的計算能力進行估算。他們舉例說，1千克物質被充分用於計算時，每秒可以執行1050次操作。
相比之下，同樣為1千克的人腦每秒能執行1016次操作。他們說：“因此，一台與人腦質量相等的計算機就可以模擬1025個虛擬大腦的實時演化。”
當今社會中，已經有大量計算機模擬出了整個文明，諸如《文明6》《鋼鐵雄心4》《人類》等遊戲。因此，可以合理地假設，在一個足夠先進的文明中，個體將能夠運行那些模擬了由有意識生物所構成社會的遊戲，就像我們的那些遊戲一樣。
這就產生了一個有趣的問題：芸芸眾生之中，有多少人可能是模擬的產物？為了得出答案，Bibeau-Delisle和Brassard首先著手於真實的人類總數NRe，將其乘以可獲得必要計算能力的概率fCiv，再乘以計算能力專用於模擬意識的比例fDed（因為外星生命也可能將其計算機用於其他目的），再乘以外星生命能夠模擬的大腦數量Rcal。
最終的方程如下，其中fSim表示模擬大腦的比例：

而1025這個龐大的數字使Bibeau-Delisle和Brassard得出一條無法回避的結論：除非fCiv與 fDed乘積約為0，否則fSim約為1。
因此，有兩種可能的結果。要麽，我們生活在模擬中；要麽，用於模擬大腦的先進計算能力幾乎不存在。
不難想象為什麽第二種結果可能是正確的。Bibeau-Delisle和Brassard 說：“與我們類似（但技術發達得多）的社會確實可能認為，以足夠高的精度模擬生命體，給予他們意識，但卻欺騙他們、讓他們與現實世界隔絕，這樣的做法並不道德。”
另一種可能性是，先進文明永遠不會進入技術足以執行這種計算的階段。也許早在那之前，他們就因戰爭、疾病或氣候變化而毀滅了自己。答案無從得知。
如何逃脫
但是，現在讓我們假設自己身處模擬之中。Bibeau-Delisle和Brassard向我們發問：我們能否以某種方式向幕後操縱者隱藏自己的意圖，與此同時成功逃脫？他們假設模擬技術本質上是量子的。他們說：“如果在經典係統中計算量子現象的難度如我們所想的那樣，那麽包含了我們世界的模擬很可能將依靠量子計算能力來實現。”


圖片來源：Pixabay
這時，我們將更有可能檢測到那群幕後操縱者，因為他們無法在不暴露自身的情況下測量我們世界的量子性質。量子密碼學使用了相同的原理，而Brassard正是這項技術的開拓者之一。
這似乎使我們得以製定不為幕後操縱者所知的加密計劃，例如將我們秘密地轉移到我們自己的模擬中。
但是，幕後操縱者也有對策。他們需要做的就是重新連接模擬，使我們看似能夠隱藏信息，其實他們全都知曉。“如果模擬者對我們想要逃脫的企圖特別生氣，他們也可能將我們送入模擬地獄。在這種情況下，我們至少會證實自己確實生活在模擬當中，而我們的躁動並非沒有道理。”Bibeau-Delisle和Brassard開玩笑地總結道。
如此說來，我們便是終極的實驗室小白鼠：永遠為我們萬能主人的邪惡才能所困，永遠被愚弄。
是時候玩《文明6》的另一個版本了。
翻譯：樊亦非
編輯：吳非
引進來源：The Physics arXiv Blog
引進鏈接：https://www.discovermagazine.com/mind/this-equation-calculates-the-chances-we-live-in-a-computer-simulation


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情