模拟宇宙理论提出，我们的现实是一个复杂的计算机模拟，这一观点在历史和流行文化中得到了共鸣。信息动力学第二定律是利用信息论引入的一个概念，它表明信息熵必须随时间减少或保持恒定。这一新定律可能为模拟宇宙理论提供证据，因为它意味着普遍的数据优化和压缩，这是模拟的特征。
关于信息熵的新研究可能会为以下理论提供证据:我们的宇宙是一个复杂的模拟，对从生物学到宇宙学的各个领域都有深远的影响。
模拟宇宙理论暗示，我们的宇宙，包括所有的星系、行星和生命形式，都是一个精心编程的计算机模拟。在这种情况下，支配我们现实的物理定律只是简单的算法。我们的经验是由一个非常先进的系统的计算过程产生的。
虽然模拟宇宙理论本身是推测性的，但由于其有趣的含义，它已经引起了科学家和哲学家的注意。这个想法在流行文化中留下了印记，在电影、电视节目和书籍中——包括1999年的电影《黑客帝国》。
历史背景
关于现实是幻觉这一概念的最早记录来自古希腊。在这里，问题是“我们现实的本质是什么?”柏拉图(公元前427年)等人提出的问题，催生了理想主义。理想主义的古代思想家，如柏拉图，认为心灵和精神是永恒的现实。他们认为，物质只是一种表现或幻觉。
快进到现代，理想主义已经演变成一种新的哲学。这个理论认为物质世界和意识都是模拟现实的一部分。这仅仅是理想主义的现代延伸，由计算机和数字技术的最新技术进步所驱动。在这两种情况下，现实的真实本质都超越了物质。
科学的视角
在科学界，模拟宇宙的概念既引起了人们的兴趣，也引起了人们的怀疑。一些科学家认为，如果我们的现实是一个模拟，那么在宇宙的结构中可能会有一些故障或模式违背了它的模拟本质。
然而，寻找这种异常现象仍然是一个挑战。我们对物理定律的理解仍在不断发展。最终，我们缺乏一个明确的框架来区分模拟和非模拟现实。
新物理定律
如果我们的物理现实是一个模拟的结构，而不是一个独立于观察者而存在的客观世界，那么我们如何科学地证明这一点?在2022年的一项研究中，我提出了一个可能的实验，但至今仍未得到验证。
然而，还是有希望的。信息论是对信息的量化、存储和交流的数学研究。它最初是由数学家克劳德·香农(Claude Shannon)提出的，在物理学中越来越受欢迎，并被用于越来越多的研究领域。
在我最近发表在AIP Advances上的研究中，我利用信息理论提出了一个新的物理定律，我称之为信息动力学第二定律。重要的是，它似乎支持了模拟宇宙理论。
信息动力学第二定律的核心是熵的概念——熵是一种无序的度量，它在孤立系统中总是随着时间的推移而上升。当一杯热咖啡放在桌子上，过一会儿它会达到平衡，与环境温度相同。系统的熵在这一点上是最大的，而它的能量是最小的。
信息动力学第二定律指出，“信息熵”(事件传递的平均信息量)必须随时间保持不变或减少，直至达到平衡时的最小值。
因此，它完全违背了热力学第二定律(即当熵上升时，热量总是自发地从物质的热区域流向冷区域)。对于一杯冷却的咖啡来说，这意味着在液体中定位分子的概率分布减少了。这是因为当存在热平衡时，可用能量的扩散减少了。所以随着时间的推移，信息熵总是随着熵的增加而减少。
新法例的适用及影响
我的研究表明，信息动力学第二定律似乎是宇宙的必然。它是普遍适用的，具有巨大的科学影响。我们知道宇宙在膨胀时没有热量的损失或增加，这就要求宇宙的总熵是恒定的。然而，我们也从热力学中知道，熵总是在上升。我认为这表明一定存在另一种熵——信息熵——来平衡这种增长。
我的定律可以证实基因信息的行为。但它也表明，基因突变在最基本的层面上并不只是随机事件，正如达尔文的理论所暗示的那样。相反，基因突变是根据信息动力学第二定律发生的，以这样一种方式，基因组的信息熵总是最小化。该定律还可以解释原子物理现象和数字数据的时间演化。
最有趣的是，这条新定律解释了大自然的一大奥秘。为什么宇宙是对称的而不是不对称的?我的研究在数学上证明了高对称性状态是首选，因为这种状态对应于最低的信息熵。而且，正如信息动力学第二定律所规定的那样，这就是系统自然会追求的目标。
我相信这一发现对基因研究、进化生物学、基因疗法、物理学、数学和宇宙学等都有巨大的影响。
模拟理论
信息动力学第二定律的主要结果是最小化与宇宙中任何事件或过程相关的信息内容。这反过来意味着信息内容的优化，或最有效的数据压缩。
既然信息动力学第二定律是宇宙学的必然，并且似乎以同样的方式适用于任何地方，那么可以得出这样的结论:这表明整个宇宙似乎是一个模拟的结构或一台巨型计算机。
像我们这样的超级复杂的宇宙，如果它是一个模拟，将需要内置的数据优化和压缩，以减少运行模拟的计算能力和数据存储需求。这正是我们在周围观察到的，包括数字数据、生物系统、数学对称性和整个宇宙。
在我们明确地说信息动力学第二定律和热力学第二定律一样重要之前，还需要进一步的研究。模拟宇宙假说也是如此。
但如果它们都经得起推究，这可能是支持这一理论的第一次科学证据——正如我在最近的书中所探索的那样。
作者:梅尔文·m·沃普森，朴茨茅斯大学物理学副教授。
改编自一篇最初发表于The Conversation的文章。
