第一章 宇宙會不會是一套系統？
繪圖遇到的限制
有一次我在用 SketchUp 畫3D圖，需要畫一個圓形，但卻畫不出來。
在 SketchUp 裡，圓形是由許多線段組成的「正多邊形」，線段設定越多，看起來就越像圓。如下圖。比方設定「24線段」，那它就會給你一個24邊形。
但那天卻畫不出來，不管輸入多少線段，就是一直出現錯誤，後來我才知道原因：我的圓尺寸太小了。（類似下圖，地上那種小圓點）
畫面中顯示「段數過大，不適用於提供的角度與半徑」，但以前的版本沒有上圖畫面中這樣的警告，所以我一直以為是操作錯誤。後來才漸漸覺得，這會不會是軟體的某種限制？當圓的尺寸設定太小時，SketchUp 的座標參數會出錯而無法形成封閉的面，所以軟體有限制線段的最小尺寸。
也就是說，當系統在某個尺度以下，無法維持原本的精細運作時，它就必須改用另一套規則來運作？
但這又讓人很矛盾，難道要畫小螺絲釘、小孔洞都沒辦法精細嗎？不可能吧？
然後我突然想到：
「這不就像是量子力學的現象嗎？」
什麼是量子力學？
我們日常生活的各種現象，比方東西會掉落、球碰到牆壁會彈回來，大家都覺得再正常不過。但任何東西，一旦到極小的尺度，運作就會完全變樣！
這不是指沙子、灰塵這種尺寸，而是萬分之一公分這種尺度。
如果我們把一個物體不斷切半，最後就會出現原子、電子這種小小的「粒子」。這種「一份一份、不能再細分」的結構，統稱為「量子」，就是指物理量的「最小基本單位」。而這個「最小基本單位的世界」就叫做量子世界。
量子世界的規則跟我們日常世界完全不同！
比方最基本的概念就是：原子不是實體，而是99%都是空的！
上圖是原子的形象，我們都看過左邊那個模樣，中間一個原子核，四周有電子繞著跑。但右邊才是比較接近實際的運作，原子核四周雖然有電子繞著跑，但並不是在特定一條軌道上，而是在所有可能的軌道上的任何地方，科學家說「電子就像在一片朦朧的區域裡」，也就是圖中的灰濛濛的任何位置都有可能。
不過這也還不是正確的描述，因為原子核相對於整個原子來說是極度的微小！
有多小呢？
原子的比例大概類似下圖這樣：如果一個原子核是金莎巧克力大小、處在中正紀念堂的位置，那電子就位於在半徑5公里左右的位置遊蕩，除此之外，其餘部分全部是真空的！連空氣都沒有。這樣的組合不斷縮小，就是一個原子。
也就是說，不論人類的身體、宇宙的萬物，其實有99%是空的！什麼都沒有！哇哈哈！
那按這個比例來想，我們應該可以看穿人的身體才對？因為99%都是空的不是嗎！
而且科學家算過，如果把地球80億人口的身體每一個原子核都集中在一起，其實只有約一顆方糖的大小！這怎麼可能呢！
是的，人類發現這些詭異的現象已經超過一百年了，科學家將這套微小世界的運作規則命名為：量子力學。
當尺度小到一公分的萬分之一時，就會進入量子力學，而不再適用我們的日常力學。
這是不是跟前面說的 SketchUp 軟體設定很像？當小到一個尺度時，規則就改變了。那會不會物理規則也是某種設定？
不過讓我們先換個話題。
如果瑪利歐開始觀察世界
我喜歡玩手機上一款任天堂遊戲叫 Mario Kart Tour。就是瑪利歐賽車。
超級瑪利歐從1984年就推出了，最早是平面的電玩，畫面只有簡單的像素，也只能一直往右邊走動。
後來不斷演進，也推出 3D 版本，畫面有了光影、人物有更多動作、世界也更大了，瑪利歐不斷演化。那如果未來遊戲公司讓瑪利歐再升級，加上AI思考能力，會怎麼樣？
他會開始發現，世界上有很多奇怪的現象。比方他移動有最高速度、他行進有固定路線、有時候空中會出現道具。當他觀察自己跟旁人時，會看到每個人的外貌細節居然是顆粒的狀態。
然後他會開始記錄這些規律，建立出一套「瑪利歐物理學」，比方世界上的最高速度是「吃了衝刺蘑菇的速度」、「每個關卡只能往前走」之類。這套理論可以預測很多事情，但卻沒辦法回答：為什麼會有這些規則？世界真的本來就是這樣嗎？
身為人類，我們從旁邊看會覺得：「那就是遊戲設定啊！瑪利歐怎麼可能想懂？」
但你知道嗎！我們所處的世界也有完全類似的現象！
比方瑪利歐有最高速的「蘑菇速」，我們宇宙也有最高速的「光速」。比方瑪利歐只能在道路上往前走，我們的時間方向也只能往前走。比方瑪利歐會在路上看到隨機道具出現，我們世界裡也會有粒子憑空出現。
「啥！這是超自然現象嗎？」很多人會疑惑，因為從沒聽過這種事，但這都是真實的物理現象。
所以，如果我們看世界，其實就像是瑪利歐在看他的世界呢！
我們看到的宇宙，如果本身就是一套巨大的系統，那各種物理現象會不會都是系統本身的特性？
一切都是資訊
假設宇宙是一套系統，那我們看到的一切，包括眼前的桌子、窗外的藍天、空氣的溫度，就都是系統根據大量的參數計算後渲染出來的結果。
一顆石頭，如果在電腦裡要被渲染出來，需要什麼？需要重量、顏色、材質、位置等參數，每一個細節都是一筆資料。而現實中的石頭可能也是一樣的，它的質量、溫度、原子排列都是資訊，而這些資訊透過系統讓它「成為一顆石頭」。
從這個角度看，世界上的萬物以及人類，全部都是資訊在系統裡被渲染出來。
這聽起來很科幻，但現實中的物理學，本身就有許多神奇的現象！
比方，住在山頂的人，因為重力小，時間會過得比較快！只要時間過得夠久，有一天你再去山上看朋友，會發現他比你多大了好幾歲！
而搭飛機因為速度快，會讓時間過得比較慢，只要搭得夠久，等朋友下飛機後你去接機，會發現換你比朋友大了好幾歲！是不是很神奇！
這些都是實驗確認的事實，但因為住在山上跟搭飛機的時間影響極小，所以我們感受不到。比方在陽明山頂上，每過 1 秒，就會比平地快約 0.000000000000109 秒，那至少要幾兆年，山頂跟平地才會時間差距一整年。
科學家發現重力跟速度會改變時間快慢，已經過了100多年了，愛因斯坦也找出相關數學公式來計算，但對於「時間為什麼會變慢？」各學派依然沒有定論。
但我們可以想想，如果一個世界，在不同尺度下會有不同規則，而這些規則又和「計算限制」高度相似，那有沒有可能：
我們看到的世界，也是在各種限制條件下，被呈現出來的結果？
就像瑪利歐無法理解遊戲背後的系統，我們有可能也處於一個看不到完整結構的系統之中。
可能嗎？
第二章 如果我們活在一個系統當中
如果整個宇宙都是一個系統內的渲染層，那我們看到的一切物體，就都是資訊被渲染出來的結果。
這首先也包括：沒有任何東西的地方。
什麼意思？
系統的啟動狀態
接下來我們就用「宇宙是在系統裡」這個前提來思考，先想像一台關機的電視。
當它關機時，螢幕是空的、暗的、冰冷的，什麼都沒有。你拿手電筒去照它，光會反射回來，但螢幕本身不會有任何反應。它只是一塊玻璃。
但當你把它開機。
螢幕看起來還是空的，但這個空完全不同了。螢幕上的每一個像素都在通電、都處於待命狀態，隨時可以變成任何顏色。即便是此刻的「空」，也是系統主動維持的結果、是一種操控。它不再是什麼都沒有，而是「準備並等待指令」中。
我們宇宙中那些「空的地方」就是這樣。
大家知道太空是黑色的、是真空的，沒有空氣。但如果太空是徹底的空、什麼都沒有，那我們怎麼能看到遙遠星系的星光？光要穿越這片太空抵達我們的眼睛，中間經過的每一個位置都必須是「可用的、啟動的」，否則光根本沒辦法通過。就像下圖兩個方格空間，左邊那個是沒啟動的概念，所以連星光都傳不過來。
這就是空間的概念，空間必須要先「存在」，然後才能有東西在裡面。所以我們以為的「真空」並不是像關機的螢幕，並不是因為沒空氣就什麼都沒有。反而是像開機的螢幕，即使裡面沒有任何物質。
宇宙的每個角落都處在這種「啟動中」狀態。這個底層的「開機狀態」讓光能夠傳遞、讓任何東西能在這裡出現。
系統的核心特徵：離散
像前面說過，SketchUp 繪圖時有尺寸限制，避免系統處理太小的細節而出問題，因為任何系統都會有處理限制。比方運算能力、儲存容量、畫面解析度等等。有這種限制就是系統的最明顯特徵。而這些限制的底層，會有不可分割的最小運算單元，讓系統的本質呈現出「離散」的特徵。
什麼叫「離散」？
最簡單的例子，就是我們天天都在看的數位螢幕。手機上任何東西放到最大，畫面都會呈現出一格格的像素點。
在這個螢幕系統裡，像素就是不可分割的最小單位。你找不到什麼「半個像素」，它最小就是一個。你也無法在兩個相鄰的像素之間硬塞進另一個。這種中間不存在過渡、由一個個獨立個體拼接而成的特徵，就是「離散」。
而離散的相對概念，則是「連續」，代表的是可以無限細分。比方數字1跟2中間，還可以有無數小數點的細分。或者像「樓梯 VS 溜滑梯」，樓梯是一階一階的，沒有第2.5階；但溜滑梯是連續的滑道。或者像「鋼琴 VS 小提琴」，鋼琴聲音是一個個按鍵音符，而小提琴的弦音是連續不間斷的。
所以辨認系統最簡單的方式，就是看它有沒有最小的各種單位。比方數位影像系統有最小單位「一顆像素」，金融交易系統有最小單位「一分錢」，撲克牌系統有最小單位「一張牌」，語言文字系統有最小單位「一個字母」。
那宇宙在系統當中渲染，當然也就有最小的離散單位。
宇宙的最小單位：網格
想想看，如果空間是連續的、可以無限細分，那系統就需要處理無限精度的資料，比方物體的座標或尺寸都可以是無限長串的小數點，那任何有限的系統都處理不了。所以，系統需要有最小的空間單位，才能有運算的基準。
這樣的最小立體單位，可能類似螢幕的像素，可以呈現世上萬物與各種變化。
現在，我們要設定最小空間單位結構為：網格（Grid）。
核心概念：空間構成是一格一格的、是可以數的，而不是無限連續的形式。至於它到底是泡泡狀還是立方體狀，不會影響我們後面的推論。
網格設定：想像整個宇宙都處在一種細密的網格狀結構裡，而每個網格就像一個個緊密相接的立體泡泡，填滿所有空間。網格泡泡會將資訊渲染成我們看到的世界，而泡泡與泡泡之間的膜，會像是交換資訊的介面，讓底層系統能量與資訊能彼此傳遞、讓網格可以連動運作。
所有網格每一刻都在處理各種資訊，比方我們所在的網格要處理我們的身體資訊，旁邊的網格要處理環境資訊或天氣資訊。某些資訊構成了我的手，某些資訊構成了陽光。當這些資訊在網格中渲染出來，就成為我們看到的世界。
網格是空間的最小單位，也意味所有物質本質上都是離散的。
跟螢幕像素不同的是，這個網格不是給某個角度觀看用，而是讓一切「存在」用的。
當物體移動的時候，就會穿梭在不同的網格之間，從此刻所在的網格，移動到下一批網格裡面。而網格就要處理這些物質資訊、運動資訊，讓它們能運動流暢。
時間的向前機制：刷新
現實中，世界是無時無刻在變動。不只是人在走路、地球在自轉，而是每一個粒子、原子也都在不停運動，即使在宇宙最空曠的地方也有星光不停穿越。
但這就有了一個問題。
比方，當我抬起手，手流暢地舉高。這個過程看起來是連續的，但網格要怎麼「表現」這件事？
此刻這一秒的手，跟下一秒的手，位置不同、姿勢不同、血液的流動不同。如果網格要讓這些變化無縫銜接，那不就表示，每一秒鐘又要被無限細分下去？那這又會讓系統無法處理了。
答案就在一個我們每天在用的東西：影片。
影片的畫面並不是連續的，而是每一秒被切成很多影格的畫面。每張畫面有些微的差異。當播放速度夠快，人眼就感覺不到切換，看起來很流暢。
也就是說，只要網格很細小，而且也是「一格一格去刷新」來處理裡面的資訊，就可以讓整個世界的運作看起來是細膩、連續的了！
但這樣說，會把空間的網格，跟時間的影格給搞混，所以讓我們來區分定義一下：
最小的空間單位是：網格（Grid）
網格在每一個最小的時間單位裡，會把格內的資訊處理更新，稱為：迭代（Iteration）。
這樣一個最小的時間單位稱為：時步（Tick）。
每一個時步，網格會做一次迭代，當多次迭代後，資訊被處理完畢，而能被渲染，這就稱為：收斂（Convergence）。
不論當你舉起手或走路，還是血液流動、地球轉動，都是上億個微小的動作所組成，每一個變化，都是網格迭代完資訊後渲染的結果。
在每次收斂沒有結束前，網格裡的資訊，不會進展到下一階段。
固有時間 VS 系統時間
這裡有個區別要說清楚。
從系統層面來看，萬物被渲染的過程，是一個接一個的「時步」往前推進。
但對網格裡面的世界來說，我們感受到的是一種「固有時間」（Proper Time）的前進。
就像是你剪輯影片，你的時間跟影片裡的固有時間不同。系統渲染層裡的一秒， 可能是系統迭代一萬次才收斂，也可能是系統迭代兩萬次才收斂，端看網格內的資訊量而不同。
比方上圖，太空人在太空中，那裡沒有地心引力、沒有地表質量，網格資訊少，在兩個時步就完成收斂，固有時間的一秒鐘只要兩個時步。
但在地表上，有地心引力、有環境物體等大量資訊，網格需要更多時步才能收斂，固有時間的一秒鐘就花了四個時步才完成。
這就造成在太空人跟地面上的人，時間快慢有差異。
雖然彼此感受到的固有時間都是連續的，但時步數量卻不同。這就是系統網格內的世界的時間運作基礎。
網格是空間的最小單位，時步是時間的最小單位。
有了「網格」跟「時步」這兩個最小單位，空間跟時間變成「一格一格可以數」的。再透過「網格內世界的固有時間」以及「系統運作層的時步時間」這個「兩層時間」設定，我們就能知道：「這裡的一秒花了四個時步、那裡的一秒只花了兩個時步」。
不同地方的時間快慢，要能互相比較，就必須先有一個共同的計數基準，而「網格」就是那個基準。
所以這兩個設定其實是一套的：網格讓空間變成「可以數的」，兩層時間讓快慢變成「可以比的」。 後面篇章會談到，物理學的重力、光速、時間膨脹等特殊現象，都可以從「不同位置的刷新次數不一樣」這個差距推演出來。
系統裡的世界運作是什麼樣子？
每一樣東西都是資訊在網格裡渲染出來的模樣。而網格非常的小，所以網格內的我們感受不到世界的離散，不會像瑪利歐那樣，看到各種物體都有顆粒感。
同樣，時間也是離散的，有系統層一次次的時步刷新，還有渲染層裡面、我們感受到的固有時間。我們的感覺跟意識都是每一次的收斂後才會接續，所以我們感覺不到世界有定格的現象，而覺得時間是連續的。
宇宙裡所有的資訊都是動態的，比方人會動、心在跳、血液在流動。然後地球在轉動，太陽系、銀河系也都在宇宙中高速移動。所以沒有任何東西是真的靜止的，一切東西都有動量。
網格不停地處理裡面的資訊。當網格內資訊量越大，收斂就要越久。所以網格會把資訊量大的東西集中靠在一起，這樣彼此的收斂節奏才會趨近一致。否則，假如一個人上半身跟下半身的時間收斂不一致，那身體就撕裂了。
這種把資訊量大的東西靠在一起的機制，就是：引力（Gravitation）。萬有引力並不是說東西會彼此吸在一起，也不是因為宇宙有某種神秘的吸力，而是如果沒有這種機制，那些收斂速度不同的物體，就會產生各種扭曲、錯亂，那不但無法讓生命存活，整個宇宙也會亂七八糟了。
那什麼東西是資訊量大的呢？
比方有質量大的物體。像金屬原子裡面有很多質子跟中子，所以資訊量大。
或者高速移動的物體。網格要計算物體移動的位置變化，還有物體本身的變化：會不會跟空氣摩擦發熱？會不會震動？此時光線會如何反射？大量資訊讓收斂需要更多時步。
不同的收斂速度就會造成物體彼此相對的時間不同。
網格跟時步有多小，我們不知道。就像是瑪利歐不會知道螢幕的像素有多小，這是渲染層裡的觀測者永遠無法得知的事。
而多數人很難去理解許多物理現象，因為太多機制跟我們日常經驗完全不同。
古代的人遇到大自然有不解的現象，就會開始猜「是不是有神明存在？還是有造物者存在？」然後興起了各種宗教信仰。因為只有帶入「神」這個選項，各種不解的地方才都有了解釋。
然後，人們開始尋找各種方式去跟神溝通、希望能得到神的回應，或希望能得到影響自然界的力量，比方求雨、消除疾病。
即便科學興起了，各種數理發展不斷更新，人類漸漸知道萬物的物理機制，但依然覺得不滿足，希望能找到「宇宙的終極奧秘」。
但，我們真的有機會能找到嗎？
後記：
問大家：我們有沒有可能生活在一個系統裡？
「ㄟ，不可能吧？」所有人都會是這個反應，為什麼？
因為我們看到的世界太複雜了。比方我們人體有三十兆個細胞、每個細胞由一百兆個原子構成，而每個細胞都是活的、會運動、會分裂，還有血液在流動！天上還有無數的星星，這樣的大千世界怎麼可能是某種系統的操控呢？
但想想看，現代大型3A級的遊戲裡，可以有幾百萬棵樹、每棵樹有獨立的風吹動態、每片葉子有光影變化，這些全部是系統生成的，軟體代碼的字元甚至超過一千億個。複雜不代表「一定不是系統」，反而可能代表「系統足夠強大」。
然後科學家說，所有物體的原子都是「量子態」，這什麼意思？非理科的人可能一直很難理解。
量子態就是「當尺度小到量子世界時，每一個粒子就都沒有固定位置，而是同時可能存在於成千上萬個位置」。
這有點像是你問銀行「我的存款到底在哪裡？」一樣，銀行說「就在系統裡啊！」你追問「哪一家分行？哪一個金庫？」銀行講不出來，但是，當你要領錢的時候，銀行卻能把那個帳目變成實體的鈔票給提出來。
你能想像，我們世界的每一樣東西都是這樣嗎？每一個原子、粒子，都是這種量子態，它就在那裡，但就是沒有一個確切的位置，直到你去觀測它。不論是用光去照、用其他粒子去撞、還是用磁場去影響它，才會發現它的痕跡。
等等！怎麼這麼奇怪？你看得到你的手掌、手指，但組成身體的這些原子卻實際上看不到、也不確定位置？怎麼可能呢！
然後這些粒子還構成了我們的身體、構成地球，甚至構成整個宇宙！
是的，科學家也覺得很怪，但這是實驗確認、驗證過的事實。
再想想看，自然生成的東西通常是什麼樣子？
河邊的石頭，形狀不規則、質地不一樣，沒有兩個完全相同的石頭。森林裡的樹木，高矮不齊、樹枝各異、沒有兩棵完全相同樹木。大家小孩的樣貌、體質、DNA通通不一樣。人類的指紋、冬天的雪花、天上的雲朵，也都沒有兩個一模一樣的存在。
也就是自然生成的特徵是：混亂、不規則。
但看看我們所在的世界。
全宇宙所有的電子、中子、質子，各自都是都一模一樣的，不論在地球還是在另一個星系裡，沒有什麼「歪掉突變或不一樣的粒子」。而當他們組成原子後，這些原子居然也都還是一模一樣的！然後，居然只靠這些粒子就構成了世界上所有東西！包括植物、動物、石頭、黃金，如果宇宙裡有外星人，那他們的底層元素，也會是這些原子、粒子，而不會像電影裡那樣是「從沒見過的玩意兒」。
更誇張的是，科學家找到了公式，可以精準預測粒子的所有存在範圍。
等等！整個宇宙「自然」生成了一模一樣的基本粒子，然後再隨機組成了「一模一樣的特定原子」？然後所有粒子居然還有精確的數學分布？
河的流向沒有數學公式、雲的形狀沒有數學公式。但這些找不到，又同時存在各處的粒子，居然百分百相同又符合某種規則公式？
而這個現象的「邊界」又在哪裡？為什麼物體切到原子尺度規則就變了？為什麼不是切到分子就變、或切到細胞就變？為什麼偏偏是那個尺度？
這些像是自然界會有的現象嗎？或更像是一種「設定」？
自然產生混亂，系統產生規則。
自然不設邊界，系統才設邊界。
前面提到，「住在高山上的人老得比較快」是重力造成的，而「搭飛機的人老得比較慢」則是速度造成的。這兩個現象在物理學裡是用兩套不同的理論在處理，速度歸狹義相對論管，重力歸廣義相對論管，它們各自有自己的數學公式，不然無法處理「時間在不同地方居然會不一樣快？」這個現象。
但在GRC框架裡，它們其實是同一件事：不管是重力還是速度，只要讓那個地方的資訊量變大，網格就得多刷新幾次才能走完一秒，時間自然就慢了。兩種現象都可以用同樣原因說明。
這套理論我命名為：宇宙格點刷新論（Grid Refresh Cosmology）
（簡稱GRC理論或GRC框架）
而這系列科普文章，就是在這個框架下，從「系統設定」的角度去探討萬物的底層邏輯，以及量子力學與廣義相對論的矛盾如何可能統一。我們從宇宙的最小設定重新理解時間、空間，然後再慢慢延伸到其他物理概念。
GRC理論的概念都以現有物理學實證及計算為基礎，有相關理解並想直接看概念的人，可以看這篇：
概念文件跟科普文內容我不時會去修改、調整語感，因為我希望能讓大家對這些世界現象有「熟悉感」，而不是去鋪陳抽象或艱澀的名詞，所以我會一直來回檢視。同時，如果有新聞說物理學界有什麼新突破，或者定義內容有更新，我也會檢視論點架構來調整。
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