1999年上映的电影《黑客帝国》（The Matrix）里，主角托马斯·安德森——也就是人们熟知的尼奥——逐渐意识到一个颠覆认知的真相：我们所感知的宇宙，其实只是一个高度精密的计算机模拟程序。这个设定不仅为影片提供了极具想象力的科幻空间，也顺带解释了尼奥为何能在短短几秒钟内“下载”功夫技能。然而，出人意料的是，这个原本属于银幕幻想的概念，并未完全停留在文学与电影领域，而是悄然进入了一部分科学家的严肃讨论之中。
英国朴茨茅斯大学的科学家梅尔文·沃普森，正是这一讨论的积极推动者之一。他长期研究“宇宙是否可能是一种数字化复制”的问题，并不避讳将自己的理论与电影情节进行类比。在学术评论平台《对话》（The Conversation）发表的文章中，沃普森不仅提到了由沃卓斯基姐妹执导的这部科幻经典，还出版了一本名为《现实重装上阵》的著作，书名明显呼应了《黑客帝国》的续作标题。尽管围绕“模拟宇宙”的猜想早已有不少哲学家和物理学家涉足，但沃普森认为，自己与前人的不同之处在于，他试图为这一假说提供可验证的物理依据。
他的论证起点，是物理学中最为人熟知的基本法则之一——热力学第二定律。按照这一规律，在一个孤立系统中，熵——也就是无序程度的度量——只能增加或保持不变，而不会自发减少。沃普森在2022年的一次公开发言中指出，宇宙中的一切变化，从物体运动到能量流动，都受到这些物理定律的支配。既然物理系统遵循熵增原理，那么信息系统是否也应如此？
在此前的研究中，沃普森提出“信息”可以被视为一种“第五物质态”。如果这一假设成立，那么信息系统的熵理论上也应随时间增加。然而，他声称观察到的情况却并非如此：在某些信息系统中，熵不仅没有持续上升，反而在趋于平衡时降至最小值。这种现象与传统热力学第二定律所描述的趋势形成鲜明对比。正是在这种矛盾之下，他提出了所谓“信息动力学第二定律”，试图解释信息领域中熵的特殊表现。
沃普森进一步推论，宇宙正在不断膨胀，而且并未表现出明显的能量损失或额外输入，这意味着宇宙整体的总熵似乎保持在某种平衡状态。但与此同时，热力学理论又告诉我们熵应持续上升。为调和这种张力，他提出，除了热力学熵之外，还存在另一种“信息熵”在发挥作用，二者之间可能存在某种动态平衡关系。
在他的理论框架中，这种信息规律不仅体现在宏观宇宙结构中，也存在于微观原子层面，例如电子排列的稳定性，还可能出现在生物系统之中。最具争议的一点，是他对生物进化机制的重新解读。与查尔斯·达尔文在《物种起源》（On the Origin of Species）中提出的“突变随机发生”观点不同，沃普森认为，基因突变并非完全随机，而是倾向于以某种方式降低信息熵。
他曾对不断发生变异的新冠病毒SARS-CoV-2进行分析，并在期刊《AIP Advances》（AIP Advances）上发表论文，声称在信息结构与基因突变动态之间发现了某种关联。在他看来，这种“趋向信息优化”的现象，正是信息动力学第二定律的体现。
如果将这些观察结果放在更宏大的背景下，沃普森得出的结论是：一个像我们这样高度复杂的宇宙，如果真的是模拟运行的结果，那么它必然需要进行数据压缩与运算优化，以降低计算资源和存储成本。而我们在自然界中看到的种种“高效结构”——从数字信息系统到生物组织形式，从数学对称性到宇宙大尺度结构——都可以被视为这种优化机制的体现。
当然，这一系列推论仍处在极具争议的阶段。正如科学媒体IFLScience（IFLScience）所指出的，反驳“模拟宇宙”假说的论文数量，并不比支持它的研究更少。沃普森提出的信息动力学第二定律或许能在信息物理学领域激发新的讨论，甚至带来某些有价值的发现，但要将其上升为证明“我们生活在模拟之中”的铁证，还需要更加严密的实验验证与理论支撑。
事实上，早在古希腊时期，柏拉图在《理想国》（Republic）中提出的“洞穴寓言”就已经触及类似问题：我们所感知的现实，是否只是某种更深层真相的投影？两千多年过去，人类依然在不同语境下反复追问同一个核心命题——我们看到的世界，究竟是真实本身，还是某种更高层次结构中的影像。如今，借助物理学与信息理论，这个古老问题被赋予了新的表达方式，但它的终极答案，依旧悬而未决。
本文译自：popularmechanics，由olaola编辑发布
封面图片：unsplash/Pawel Czerwinski