我们生活在模拟世界中吗？
一个古老且迷人的哲学问题。但这一次，让我们用天体物理学的标尺来测量它的可能性。
理论基石：信息即物理
任何模拟都必须遵循其所在宇宙的物理法则。我们宇宙的两条基本定律为我们的计算提供了坚实的基础。
1. 全息原理
一个空间区域能容纳的最大信息量，不是由其体积决定，而是由其表面积决定。这意味着信息存储是有物理上限的。
最大信息量 $I_{\max}$：
$$I_{\max} = \frac{S}{H} = 2\pi \frac{E R}{\hbar c \log(2)}$$2. 兰道尔原理
计算中的每一步“擦除”操作（如删除一个比特位），都不可避免地需要消耗能量并产生热量。这意味着计算是有能量代价的。
擦除 1 比特信息最小能量 $\Delta E$：
$$\Delta E \geq k_B T \log(2)$$不可能的任务 #1
模拟整个宇宙
让我们从最大胆的设想开始：一个精确到普朗克尺度的、对我们整个可见宇宙的完整模拟。
模拟所需信息量 (bits)：
0
这将需要多少能量 (erg)？
结论：模拟整个宇宙所需的能量，比我们宇宙中所有物质和能量的总和还要多出无数个数量级。这在物理上是绝对不可能的。
不可能的任务 #2
仅模拟一颗地球
好吧，也许模拟器没那么野心勃勃。如果目标只是创造一个足够我们生活的地球模拟呢？
模拟一颗全分辨率地球所需信息
0
bits
这需要消耗的能量相当于...
一个典型球状星团的全部质能
或
将整个银河系撕裂所需的能量
这还仅仅是启动模拟的能量。模拟的每一步都需要消耗同样量级的能量。这同样不切实际。
不可能的任务 #3
一个“聪明”的低分辨率模拟
模拟器可以更聪明：只渲染我们能探测到的细节。我们能探测到的最小尺度由穿过地球的高能中微子决定。这大大降低了信息和能量需求，但……
……真正的瓶颈是计算速度
即便使用宇宙中最强的理论计算机——一个黑洞，来运行这个“低配版”模拟：
模拟现实世界中的
1
秒
需要计算机实际运行
14,000,000
年
若要实现实时模拟，所需的功率比宇宙中最亮的类星体还要高出万亿倍。这彻底宣告了这条路同样走不通。
思想实验
如果物理定律不同呢？
论文做了一个有趣的推演：在什么样的“外部宇宙”中，模拟我们的地球才变得可能？答案是：一个物理常数与我们截然不同的宇宙。
以下交互图展示了在模拟可行的情况下，“外部宇宙”的物理常数（已归一化）可能的分布。每个点代表一个“可行的宇宙”。
数据显示了常数之间的强相关性。例如，更大的光速 $c$ 往往需要更大的普朗克常数 $\hbar$ 和引力常数 $G$ 来配合。
结论：几乎不可能
1. 自我模拟不可能： 一个与我们物理规律相同的宇宙，无论技术如何先进，都无法模拟出它自己，甚至连一颗小小的地球都无法有效模拟。
2. “外部”模拟需要迥异的物理： 如果我们确实在模拟中，那么创造这个模拟的“真实宇宙”，其物理定律必须与我们的完全不同。
3. 物理学的力量： 尽管“模拟假说”听起来像是纯粹的哲学或科幻，但物理学依然能为其划定清晰的、可检验的边界。无法被物理学证伪的，或许只剩下那个终极的哲学难题——“缸中之脑”。
幸运的是，即便我们不活在模拟中，真实的宇宙也已足够神秘和广阔，等待我们去探索。