一位喜劇演員在討論物理定律時讓一位天體物理學家起雞皮疙瘩，這種情況並不常見。但在最近一期 StarTalk 播客節目中，喜劇演員查克·奈斯 (Chuck Nice) 就做到了這一點。該節目的主持人尼爾·德格拉斯·泰森 (Neil deGrasse Tyson) 剛剛解釋了模擬論證——我們可能是生活在計算機模擬中的虛擬生物的觀點。如果是這樣，模擬最有可能按需建立對現實的感知，而不是始終模擬所有現實——很像影片遊戲經過最佳化，僅渲染玩家可見的場景部分。“也許這就是為什麼我們無法以快於光速的速度旅行，因為如果我們能做到，我們就能夠到達另一個星系，”該節目的聯合主持人奈斯說，這促使泰森興高采烈地打斷了他的話。“在他們可以程式設計之前，”這位天體物理學家說，對這個想法感到高興。“所以程式設計師設定了這個限制。”
這樣的對話可能看起來很輕率。但自從牛津大學的尼克·博斯特羅姆 (Nick Bostrom) 在 2003 年發表了一篇關於模擬論證的開創性論文以來，哲學家、物理學家、技術專家，是的，還有喜劇演員，一直在努力應對我們的現實是模擬物的想法。有些人試圖找出我們可以辨別我們是否是模擬生物的方法。其他人則試圖計算我們成為虛擬實體的機率。現在一項新的分析表明，我們生活在基礎現實（意味著非模擬的存在）中的機率幾乎是相等的。但該研究還表明，如果人類有一天能夠開發出模擬有意識生物的能力，那麼我們自己也成為別人計算機內部的虛擬居民的機率將壓倒性地傾斜。（該結論的一個警告是，對於“意識”一詞的含義，更不用說如何模擬它，幾乎沒有共識。）
2003 年，博斯特羅姆設想了一個技術嫻熟的文明，該文明擁有強大的計算能力，並且只需要一小部分能力就可以模擬出包含有意識生物的新現實。鑑於這種情況，他的模擬論證表明，以下三難困境中的至少一個命題必須為真：首先，人類幾乎總是在達到精通模擬的階段之前滅絕。其次，即使人類達到了那個階段，他們也不太可能對模擬他們自己的祖先過去感興趣。第三，我們生活在模擬中的機率接近於 1。
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在博斯特羅姆之前，電影駭客帝國已經為普及模擬現實的概念盡了一份力量。這個想法在西方和東方的哲學傳統中有著深刻的根源，從柏拉圖的洞穴寓言到莊周的蝴蝶夢。最近，埃隆·馬斯克進一步助長了我們的現實是模擬的概念：“我們處於基礎現實中的機率是十億分之一，”他在 2016 年的一次會議上說。
“如果你假設三難困境的命題一和二為假，那麼馬斯克是對的，”哥倫比亞大學的天文學家大衛·基平說。“你怎麼能假設這一點呢？”
為了更好地理解博斯特羅姆的模擬論證，基平決定求助於貝葉斯推理。這種型別的分析使用貝葉斯定理，該定理以 18 世紀英國統計學家和牧師托馬斯·貝葉斯的名字命名。貝葉斯分析允許透過首先對被分析事物做出假設（為其分配“先驗”機率）來計算某事發生的機率（稱為“後驗”機率）。
基平首先將三難困境變成了兩難困境。他將命題一和二合併為一個陳述，因為在這兩種情況下，最終結果都是沒有模擬。因此，這個兩難困境使物理假設（沒有模擬）與模擬假設（存在基礎現實——並且也存在模擬）相對立。“你只需為每個模型分配一個先驗機率，”基平說。“我們只是假設無差異原則，這是在您沒有任何資料或傾向時的預設假設。”
因此，每個假設都獲得二分之一的先驗機率，就像擲硬幣來決定賭注一樣。
分析的下一階段需要考慮“有產”現實——那些可以產生其他現實的現實——和“不育”現實——那些無法模擬後代現實的現實。如果物理假設為真，那麼我們生活在不育宇宙中的機率很容易計算：這將是 100%。基平隨後表明，即使在模擬假設中，大多數模擬現實也將是不育的。這是因為隨著模擬產生更多模擬，每個後代可用的計算資源逐漸減少，以至於絕大多數現實將是不具備模擬能夠承載有意識生物的後代現實的計算能力的現實。
將所有這些代入貝葉斯公式，就會得出答案：我們生活在基礎現實中的後驗機率幾乎與我們是模擬的後驗機率相同——機率略微傾向於基礎現實。
如果人類創造了一個包含有意識生物的模擬，這些機率將發生巨大變化，因為這樣的事件將改變我們之前分配給物理假設的機率。“你可以直接排除那個[假設]。那麼你就只剩下模擬假設了，”基平說。“我們發明這項技術的那一天，根據這些計算，它會將我們是真實的機率從略高於 50-50 變為幾乎肯定我們不是真實的。那一天將是我們天才的非常奇怪的慶祝。”
基平分析的最終結果是，根據目前的證據，馬斯克關於我們生活在基礎現實中的機率是十億分之一的說法是錯誤的。博斯特羅姆同意這個結果——但有一些保留。“這與模擬論證並不衝突，模擬論證只是斷言了關於析取的一些事情，”即三難困境的三個命題之一為真，他說。
但博斯特羅姆對基平選擇在分析開始時為物理假設和模擬假設分配相等的先驗機率提出異議。“在這裡援引無差異原則相當站不住腳，”他說。“人們同樣可以對我最初的三個備選項援引它，然後給它們每個三分之一的機會。或者人們可以用其他方式劃分可能性空間，並獲得任何想要的結果。”
這種吹毛求疵是合理的，因為沒有證據支援一種說法勝過另一種說法。如果我們能找到模擬的證據，情況就會改變。那麼你能檢測到駭客帝國中的故障嗎？
侯曼·奧瓦迪是加州理工學院的計算數學專家，他思考過這個問題。“如果模擬具有無限的計算能力，你就無法看到你生活在虛擬現實中，因為它可以在你想要的逼真程度上計算任何你想要的東西，”他說。“如果可以檢測到這一點，你必須從[它具有]有限計算資源的原則開始。”再次考慮影片遊戲，其中許多遊戲依賴於巧妙的程式設計來最大限度地減少構建虛擬世界所需的計算量。
對於奧瓦迪來說，尋找這種計算捷徑可能造成的潛在悖論的最有希望的方法是透過量子物理實驗。量子系統可以存在於狀態的疊加中，並且這種疊加由稱為波函式的數學抽象來描述。在標準量子力學中，觀察行為會導致此波函式隨機坍縮到許多可能狀態之一。物理學家對於坍縮過程是真實存在還是僅僅反映了我們對系統知識的改變存在分歧。“如果它只是一個純粹的模擬，就不會發生坍縮，”奧瓦迪說。“一切都在你看到它時決定。其餘的只是模擬，就像你玩這些影片遊戲一樣。”
為此，奧瓦迪和他的同事研究了雙縫實驗的五個概念變體，每個變體都旨在讓模擬出錯。但他承認，在這個階段，不可能知道這些實驗是否會奏效。“這五個實驗只是猜想，”奧瓦迪說。
佐赫雷·達武迪是馬里蘭大學帕克分校的物理學家，她也考慮過具有有限計算資源的模擬可能會自我揭示的想法。她的工作重點是強相互作用，或強核力——自然界的四種基本力之一。描述強相互作用的方程（將夸克結合在一起形成質子和中子）非常複雜，無法進行解析求解。為了理解強相互作用，物理學家被迫進行數值模擬。與任何擁有無限計算能力的假想超級文明不同，他們必須依靠捷徑來使這些模擬在計算上可行——通常是透過將時空視為離散而不是連續的。研究人員迄今為止從這種方法中設法獲得的最先進的結果是模擬由兩個質子和兩個中子組成的單個氦原子核。
“自然而然地，你會開始問，如果你今天模擬了一個原子核，也許在 10 年後，我們可以做一個更大的原子核；也許在 20 或 30 年後，我們可以做一個分子，”達武迪說。“在 50 年後，誰知道呢，也許你可以做一些幾英寸大小的物質。也許在 100 年左右，我們可以做[人]腦。”
然而，達武迪認為經典計算機很快就會遇到瓶頸。“在未來 10 到 20 年內，我們實際上會看到我們對物理系統的經典模擬的侷限性，”她說。因此，她正在將目光轉向量子計算，量子計算依賴於疊加和其他量子效應來使某些透過經典方法不可能解決的計算問題變得易於處理。“如果量子計算真正實現，就意味著它對我們來說是一個大規模、可靠的計算選擇，那麼我們將進入一個完全不同的模擬時代，”達武迪說。“我開始考慮如果我有一臺可行的量子計算機，我將如何進行強相互作用物理和原子核的模擬。”
所有這些因素都導致達武迪推測模擬假設。如果我們的現實是模擬，那麼模擬器也可能正在離散化時空以節省計算資源（當然，假設它使用的機制與我們的物理學家用於該模擬的機制相同）。這種離散時空的特徵可能會在高能宇宙射線的到達方向中看到：由於所謂的旋轉對稱性被破壞，它們將在天空中具有首選方向。
望遠鏡“尚未觀察到任何偏離旋轉不變性的情況，”達武迪說。即使觀察到這種效應，它也不構成我們生活在模擬中的明確證據。基礎現實本身可能具有類似的屬性。
基平儘管進行了自己的研究，但他擔心對模擬假設的進一步研究是站不住腳的。“關於我們是否生活在模擬中，這可以說是無法檢驗的，”他說。“如果它是不可證偽的，那麼你怎麼能聲稱它是真正的科學呢？”
對他來說，有一個更明顯的答案：奧卡姆剃刀，它指出，在沒有其他證據的情況下，最簡單的解釋更可能是正確的。模擬假設是複雜的，假設現實巢狀在現實之上，以及永遠無法分辨自己是否處於模擬內部的模擬實體。“因為首先它是一個過於複雜、精細的模型，根據奧卡姆剃刀，與簡單的自然解釋相比，它真的應該是不受歡迎的，”基平說。
也許我們畢竟生活在基礎現實中——駭客帝國、馬斯克和怪異的量子物理學都另當別論。