马斯克坚信的“矩阵模拟”，是一种怎样“烧脑”的存在？

“从前有座山，山里有座庙，庙里有个老和尚和小和尚，老和尚对小和尚说：从前有座山……”

这个脍炙人口的民间故事，和接下来讨论的主题息息相关。在我们完成这场注定非常烧脑的讨论之后，你可能会对这一有着俄罗斯套娃结构的故事产生全新的认识。

这次主题的前提是这样一个问题：我们身处的宇宙和人类文明社会是如何存在的？

想必我们大概都知道，从古至今有无数的神话传说、哲学宗教，还有现代科学，已经给出非常多的猜想和假说。而现在，科学界正在流行这样一个有趣的假说：我们身处的宇宙和人类文明是被矩阵模拟（Matrix-style simulation）出来的。

不管你信不信，反正埃隆·马斯克信了。

两年前，这位硅谷钢铁侠在一堆麻烦缠身之际，抽空参加了一档两个半小时的网络直播节目。在节目里，他喝了威士忌、吸了大麻，然后彻底放飞了自我。这让他轻松地全盘托出了自己的各种想法，其中就包括：人类文明很可能与游戏一样，都是许多模拟文明中的一部分。

最后，他还煞有介事的说：“模拟的论据非常充分，同时也提醒了我们不要尝试加快文明进化的速度，否则会让界限产生模糊，让文明走向终结。”

实际上，也就是他可能是全世界最激进地加快文明进化的人了。近日，SpaceX执行航天载人的龙飞船成功发射，实现星际旅行的“星舰”计划也在推进，一时让马斯克风头无两。此外，他还一直致力于脑机接口的技术研究和商业化。

你看，从宏观的宇宙探索到微观的脑神经科学，马斯克正沿着两个极端的方向探寻着那个“模拟”界限。我们自然不能轻易怀疑马斯克在“矩阵模拟”假说上的信念和执着。

当然，这一主题对大多数人而言，确实是既陌生又有趣。如果你也曾好奇过“我们从何而来”这个问题的话，不妨一同踏上这趟烧脑之旅。

柏拉图“理念论”：

矩阵模拟假说的思想源头

“矩阵模拟”假说，是随着计算机技术的兴起而出现的，又可以被成为“数字宇宙”假说。其基本涵义就是“我们所处的这个现实世界其实是一种更高智能的计算机模拟而成的，正如我们现在通过计算机的数字技术来模拟现实世界从而制造一个数字世界一样”。

这时你可能会想，这不正是电影《黑客帝国》里所描绘的场景么？

是的，《黑客帝国》的The Matrix（矩阵，又称母体）就是根据这一理论所虚构出来的一个超级计算机，以至于那些被Matrix控制的人类，从始至终都不知道自己究竟是生活在现实世界中，还是在Matrix模拟的世界之中。

这一思想假说并不是近代科学的产物，最早其实可以追溯到古希腊雅典时期。当时最早的一批哲学家大胆抛弃神创造世界的传统观念，开始追问世界存在和变化的真正本原，比如毕达哥拉斯学派认为“数是世界万物的本原”。这些思想直接启发了柏拉图的学说。

在关于世界的“真实”和“模拟”的问题上，柏拉图使用了一个“洞穴”比喻来进行解释。

在深邃的洞穴中，有一群被禁锢的奴隶，他们无法看到身后，也无法看到对方，只能直勾勾看着前面的墙壁。在他们身后有一堵矮墙，矮墙后面有另一群人举着火把和各种物品。火光将这些物品的影子投射到了奴隶们能够看到的墙壁上，奴隶们便以此来辨认各个物品，并且可以互相交流为这些东西命名。在他们眼中，这些影子就是真实的事物。

直到有一天，一个奴隶挣脱枷锁，他先是看到了火光和这些物品，随后他又努力爬出洞穴来到了外面，然后花费了好长时间才习惯了日光，看清了外面的世界。等他返回洞穴，企图告诉里面的同伴“什么才是真实世界”的时候，他却遭到了同伴的一致嘲笑，说他在外面弄坏了眼睛，连墙壁上的事物都看不清楚，还说什么外面的真实世界。

在柏拉图的理论里，我们身处的世界，所见所听，所感所触的一切事物都只是“模拟”，就如同洞穴奴隶所见的“墙壁影子”，那些微弱的火光就是我们的感知能力；而我们以理智为伴，所思所想的那个世界，他称之为“理念的世界”，才是“真实”的世界，就如同洞穴奴隶跑到外面所看到的世界，包括一切的数学定律、物理世界的概念和人类社会的一切概念规则。

感觉经验的世界是“现象的、变化的和模拟的”，而理智概念的世界确实“本质的、不变的和真实的”，这是多么反直觉的想法，但却是西方科学、理性精神的真正思想源头。

显然，《黑客帝国》的世界观设定与柏拉图的“洞穴”设定异曲同工，其中借用的“矩阵模拟”假说设定也有着深刻的“理念论”根源。那就是我们认为的感觉经验的“现实世界”是被真实的“理念世界”所投射和模拟而成的。

在今天，这就是我们都熟知的数字模拟技术，也就是将一切物理的、生物的过程转化为数字信号的过程，显而易见的如图像、声音，复杂一点的如脑电波和神经元放电。

最后就变成这样一个问题：从理论上，当我们无法区分清楚什么是“真实”，什么是“假象”的时候，我们如何断定现在身处的“现实世界”是不是由一个高级文明所模拟出的“矩阵”呢？

“数字宇宙”假说：

可能被证实，却难以被证伪

“矩阵模拟”实质上就是将“现实世界”数字化。为便于理解，我们后面用“数字宇宙”来继续论证。所谓的“数字宇宙”假说，就必定要假设这个宇宙是由“数字”组成的。

特别要强调“数字宇宙”中的“数字”一定是有理数，就是包括自然数、分数、可循环无限小数这些数字；而“宇宙”一定要设定为“不连续的，即时间是一步一步的，空间是一格一格的”。这样的“数字宇宙”才可以被当前我们的计算机所编码和模拟。

我们知道，现代计算机的原理都是来自于“图灵机”，其本质就是对于有理数的处理。计算机的算法都是按完整的步骤进行，都是连续分隔的状态，对应着就是计算机晶体管的开和关。此外，计算的过程中无论计算的长度有多少，计算机也必须有一个终止。

这样计算机所包含的数字集合都是“可数的”（Countable），因此，计算机是排斥无理数的。

那么问题来了。真实的宇宙时空到底是“连续的”还是“非连续的”，这件事情还没有定论呢？况且，我们现在的所有物理定律可都是假定时空是连续的。难道我们就要因为计算机只能处理非连续的有理数，就要用宇宙时空的“非连续性”假设来迁就人类计算工具的有限吗？

是的。在这两种假设之中，坚持“时空非连续性”的“数字宇宙”的假设更具吸引力。一方面来说，一个可以被计算的宇宙更符合人类的求知本性，毕竟如果宇宙的规律和人类文明的一切事物都可以被计算还原为数字的过程，尽管这个数字非常非常庞大，就像Matrix那样无所不包，那这将让人类获得数字永生的希望。另一方面，“数字宇宙”的假设有可能被证实。如果科学家有一天真的发现了宇宙空间有极限的微观尺度，无论是10的负多少次方吧，都将证明世界是由有理数组成的。这意味着，数学世界的 “无理数”的怪物终于被我们从物理世界驱逐，这将是何等的荣耀。

当然，宇宙时空的“非连续性”和“连续性”一样，都难以被证伪。因为时间和空间理论上都存在着无限可分的性质，特别是空间上，如果人类的实验精度一直无法发现那个最小的空间尺度，那自然不能说空间有最小尺度，也不能说空间没有最小尺度，所以，这两者都不可能被证伪。而我们知道，一个假说如果无法被证伪，也就自然不可能称之为科学。

回到现实，“数字宇宙”带给我们的好处确是实实在在的。

马斯克就举例说：40年前，计算机最早的游戏《Pong》，只是由两个矩形和一个点组成，但这就足够洞察到物理世界的乒乓球游戏的本质。而40年后，我们拥有了可以数百万人同时在线的3D模拟游戏。人们在其中可以建立一切现实世界存在的、甚至不存在的事物，正如《我的世界》这种像素化游戏所模拟的虚拟世界一样。

而未来，我们除了必要的生理需要和物理能量摄入之外，完全沉浸在数字化的生存当中。我们可以在VR、AR世界里探索星际空间、海底世界，可以进入太阳内部，也可以漫游人体。作为数字世界的第一视角，你可以完成在计算机像素精度允许的范围内一切的感觉经验。

这里延伸出来的一个问题是：当我们有足够强大的计算机（人工智能也不过是算力更强大的一种计算）所创造出来的“数字宇宙”，我们会乐意生活在其中吗？

超越“数字宇宙”：

哥德尔不完备性定理的意外之花

如上所论证。如果我们现在所处的“现实世界”就是一个高级文明所模拟出的“矩阵”，那么我们如何来戳破这个“假象”，以抵达马斯克害怕的“界限”？如果我们接下来要用计算机技术来创造一个全新的“数字宇宙”，那我们如何能够保留一种“觉醒”的能力？

前者就如同《黑客帝国》里，尼奥被墨菲唤醒后，亲眼看到无尽的“电力牧场”；后者就如同《盗梦空间》里那个梦中一直旋转的那个陀螺。

那么，我们做好手握旋转陀螺，窥视梦醒之后“电力牧场”的勇气了吗？那就是，“数字宇宙”背后到底是怎样的世界？从逻辑上来讲，那自然就是“连续性”的时空，包含无理数的物理世界，也就是实数（实数包含有理数和无理数）世界。

你可能问，这需要什么勇气？那么你会做出一条根号2米长度的腰带，你能划出直径1米，周长为π的一块圆形土地吗？显然，我们现在再精确的尺子和工具也无法准确测出这些长度，这正是无理数的恼人之处。但是真实的世界可能就是存在无理数的尺度，只是我们的测量工具不够精确而已。

当然，从根本上证实“现实世界是实数世界”，或者证伪“现实世界是数字世界”，几乎是不可能的事情。但是一位天才数学家，从自然数系统本身的证明中，给予“数字宇宙”一次沉重打击。这就是“哥德尔不完备性定理”。

1931年，仅仅25岁的哥德尔证明了一个有关自然数公理系统定理，大概的结论就是，只要自然数的公理系统只有有限的公理，那么一定有一些命题无法被这些公理所证明。因此自然数公理系统是不完备的。

而“数字宇宙”的“可数系统”基本等价于自然数系统，那么这个可数的“数字宇宙”一定存在着一些自身无法证明的命题。也就是这个“数字宇宙”一定会有缺陷的。那么我们如何跳出由计算机所规定好的各种规则和边界呢？

举个例子。我们的大脑有1000亿个神经元，即使数量巨大，这些理论上也是“可数的”有理数，也是可以为计算机所模拟的。然而这些大脑神经元通过节点又产生一百万亿的连接，在这种超级复杂性上，一些原本仅仅由神经元放电难以产生的东西奇迹般地“涌现”了出来，那就是我们的意识、自我和各种知识。

也就是说，我们产生了仅仅由物理规律难以形成的思维过程，这种东西就产生了无限的可能性。尽管我们的大脑的各种活动，也都有迹可循，也就是可以尝试被还原，但仍然存在大量“言外之意”的内容和意义存在。

如果还是不好理解，就看下《西部世界》的设定。男主人威廉为逼迫心爱的女主机器人觉醒，便一次次让她感受人类最痛苦的情感，从一次次的折磨中激发她的类人意识。

换句话说，尽管“数字宇宙”的假说难以被证伪，但是我们可以不断地突破边界，跳出有限系统。《西部世界》是用人类的情感，而我们人类可以用艺术和诗歌。

论证至此，不知你是否能够跟上这番略微“烧脑”的思路，现在让我们回溯源头。当马斯克说我们的人类文明是由140亿年宇宙时间中更早的一个文明所模拟而成的一个宇宙时空，他更多是采用了一种类比的推理，那就是我们现在正在用“矩阵模拟”的方式建立一个全新的“数字宇宙”。而建立这个“数字宇宙”的现实基础则“非常无聊”，那就是适用二进制命令的计算机算法来构建，一步一步地建设出一个数据量极大、规则却极为明确的世界。

而我们通过哥德尔不完备性定理和一些例证指出，这个“矩阵模拟”而成的“数字宇宙”其实是不完备的。但同样我们也并能证明超越“数字宇宙”的这些例证是否真的就是“无限的、连续的”。

最后来看，这个“矩阵模拟”的假说是不是正如开头所引用的“山上有座庙……”的故事，所开启的这种俄罗斯套娃一般的谜一样的结构呢？

我们到底是否身处哪一层“套娃”里，是在模拟新世界，还是被模拟？这真不好回答。