在1999年上映的经典科幻电影《黑客帝国》中,主人公Neo被他眼前的景象所震惊:人们违反物理常识地在垂直的墙壁上奔跑,或是突然消失。这些超自然的现象之所以能够成为“现实”,是因为Neo的意识在“母体”的控制之下:所谓母体(Matrix),是一个由有意识的机器所创造的虚拟现实。
影片中有一个经典的镜头——Morpheus引导Neo完成他宿命中的抉择——吃下蓝色药丸,忘掉一切,回到他的虚拟世界;或是吃下红色药丸,走进爱丽丝的兔子洞,认识真实的世界,真实的母体。你会选择红色,还是选择蓝色?现在,我们也将面临和Neo一样的抉择——物理学家们能通过研究宇宙射线的方式来检验我们是否活在真实的世界。
如果那是真的,那么我们用以检验现实真伪的技术所依赖的、“母体”中的物理定律,可能与真实宇宙中的基本规则没有半毛钱关系。自2001年始,物理学家们首次尝试通过严谨的研究探索宇宙的真相——他们试图计算要模拟一个宇宙规模的虚拟世界需要多少资源。麻省理工学院的量子力学工程师塞思·罗伊德(Seth Lloyd)首先估算了自大爆炸以来,我们的世界经历过的所谓“计算机操作”数。
要还原这些事件,构建一个完美的、精确到原子的虚拟宇宙,我们要消耗的能量会超出宇宙的总能量。但是其他人很快意识到,如果创造一个不完美的宇宙模拟,仅仅让它足够愚弄其中的居民,那么所需的能量就会少得多。这种认识使构建虚拟宇宙具备了骇人听闻的可行性,甚至我们自己都可以做得到。到2007年,情况发生了改变。
剑桥大学的数学教授约翰·巴罗(John D. Barrow)提出,如果模拟现实并非完美,那么就会存在可被检测到的瑕疵。2012年,比恩和他的同事们对“世界是模拟产物”的假设进行了更实际的检验。大多数物理学家认为太空是平滑且无限延伸的,但是模拟早期宇宙的物理学家们却无法轻而易举地重现完美平滑的宇宙背景去容纳原子、恒星乃至星系。他们只能以点阵或是网格的形式进行模拟,就像电视画面由多个像素点构成一样。
比恩的团队基于他们的模拟进行了粒子运动的计算,这些粒子的能量将与点阵中点的距离相关:网格越小(越接近平滑),粒子拥有能量就越大。也就是说,如果我们所在的宇宙也是一个这样的虚拟宇宙,我们将在运动最快的粒子上发现最大的能量。天文学家们目前还需要更多的宇宙射线数据来探索这一问题。