真实世界的帧率是多少？

突然有一个脑洞，我们知道大脑通过补间动画的形式创造出出一种世界的连续性。眼睛的采样频率也不是无限高。那么实际上世界如果是一个虚拟现实般的异世界，最少需要多高的帧率才能让我们真的感到真实呢？或者再进一步，需要满足多少种感官的最低感受性才能真的让我们感觉身临其境呢？

^[1]普朗克时间（Planck time）是时间的基本单位，是光波在真空里传播一个普朗克长度的距离所需的时间。

这意味着每个光子进入人眼至少需要5.39116(13) × 10^?44秒。

自从19世纪末期，科学家就尝试着在实验室里真正的测量视觉的极限，其中最经典的是1942年的一个实验，它的基本原理是这样的：先准备好一个亮度稳定的灯泡，然后在前面安置一个快门。做实验的科学家只要按下一个按钮，快门就张开千分之一秒，让受试者可以看到灯光，然后科学家慢慢的用滤光镜调整光的亮度，直到受试者看不到它为止。这时可以用仪器测量受试者能看到的最弱灯光的能量，然后估算出光子的数目。

实验的结果是我们能看到最弱的光，在进入眼睛之前是54~148个光子。

以真实世界最弱的可感知光子54个为例，则至少需要2.9112×10^（-42）s

取倒数得，真实世界的帧率为3.435×10^41 FPS

当你谈论“如果世界是虚拟的”的时候，不要忘了那意味着“你的一切感官和经验都可能是被模拟的、被操纵的，包括你的时间感、你的视觉或你自以为是视觉的运算的速度、你的脑或你以为是脑的运算系统的运转速度”，对这个讨论“最少需要的帧率”，那你得到的将是“多低都可以，因为可以将你的运算速度搞得相应缓慢”。

“需要满足多少种感官的感受性才能让你感觉身临其境”，呵呵，你所谓的身临其境对应的一切经验，不都是你感受到的么，哪有一个是所谓客观现实呢。不需要满足任何感官，只要让你以为你满足了、以为你就那么多感官就行了。

这和 VR 技术的设计、普朗克时间的概念之类没有任何关系，别忘了你并不知道那些东西到底是真的还是虚拟世界告诉你的。你对所谓“真实的世界”是没有任何直接知识的。

顺便说，现有的科学理论并不认为所谓普朗克时间是时间的基本单位。普朗克时间是理论上的最小可测时间间隔，那理论也不担保自己是对的。拿这些概念哗众取宠，在全世界的问答网站上都很常见，那没有什么用。

无论真实世界怎么变化，帧频是大是小，人类都只能感觉到连续的场景，不可能出现掉帧的情况。

因为时间本身，就是一种物理变化的间隔。

• 铯-133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁相对应辐射周期的9192631770倍为1秒。

而人类本身，以及感知一切的基础，都是物质的变化。

哪怕人类的感官敏锐到捕捉一颗光子飞过普朗克尺度，我们感受到的世界依旧是连续的。

因为我们无法超越物理变化（时间）本身。

当然，由于人脑实在是太垃圾了，不用说普朗克时间了，比普朗克时间大个1亿亿亿亿亿倍的时间间隔，人类都无法感知出来。

• 通常来说，人类的感官精度如下：

视觉辨认精度：1/10——1/20s;

• 所以，动态迷糊的24帧以上，人眼就会觉得十分流畅。

触觉辨认精度：1/40s;

听觉辨认精度：1/100s;

人知觉的最高精度也就1/100s左右。

这些数据来自《普通心理学》，哪怕这些数据可能存在老旧的情况，人类的知觉也不可能存在数量级的差异。毕竟，人类神经传导速度最快也就100m/s左右（髓鞘传导速度）。

人脑要出现感觉，相关信号至少需要传输到相关的感觉神经中枢。

虽然人类眼睛能识别的光子数量最低可低至2~7个，但神经传导和大脑感知比起光速低得太多了，CPU配置根本跟不上。

可以这么说，让人类身处一个帧频200以上的虚拟世界（前提是这个世界不掉帧），且每帧之间的差异和现实世界一样，那么人类将无法区分这是一个真实世界，还是虚拟世界。

• 如果是动态模糊的连续画面，甚至只需要三十帧。
• 游戏画面通常都是渲染的精确图，仅仅只有某一个时间点的信息；而动态模糊的真实长镜包含一个时间段的信息。

当然，还有一种情况，可以这样处理：

把人的知觉降低到1帧频以下，那么这个世界哪怕只有1的帧频，人也不会觉得有丝毫的卡顿。同时把大脑的认知，修改成，认为自己感受到的世界就是100帧频。

那么人类就会快乐地生活在1帧频的世界，然后自认为自己的知觉是100帧频。

也就是说，如果能改变人的知觉，要让人感觉到真实连续，所需要的帧频也可以是任意的。

那么，真实世界的帧频究竟如何呢？

真实世界的帧频可以无限低，也可以无限高。

主要看空间曲率的大小。

当我们观察到一个坠入黑洞表面的宇航员，我们会看到这个宇航员逐渐变得静止，然后我们穷其一生，看到的都可能是他在黑洞视界近乎静止坠落的画面。

对于我们来说，当我们观察对象的空间曲率无限大时，其帧频可以接近于零。

当我们自身就是这个坠入黑洞的宇航员，如果我们观察地球，极有可能看到地球经历沧海桑田的画面，普通人的寿命就像尘埃一样转瞬即逝。

对于此时的我们来说，当我们观察的对象空间曲率相对于我们无限低时，其帧频可以认为是无限大。

• 我们所处环境曲率无限大时，我们甚至可以在极端的时间看到宇宙寿命的终结。

通常认为最低世界间隔是普朗克时间（5.4×10^-44s），那么，也只有和我们相同空间曲率的位置，我们观察到的才是1.85×10^43的帧频。

但我们知道，任何物质之间都具有不同的质量和动量，具有不同的引力，所以，这个宇宙不存在有一模一样曲率的地方。

当我们观察一个物体的时候，这个物体的各个部分帧频都是不尽相同的。

我们看真真实世界的任何东西，都会是在粒子层面，帧频不断变化的状态。

普朗克时间，5.39116*10^(-44)秒，是时间量子的最小单元。就是说，根据现有物理理论，在短于这个时间内发生的事情，我们无论如何不可能测得。

它的倒数即是真实世界的帧率：

1.85489*10^(+43) fps

注：很多回答说的并不是“世界的真实帧率”，而是“人眼对世界的感知的真实帧率”，而且并不严谨。前者是个理论物理问题，后者是个神经科学问题，关于后者有兴趣可以关注下黄铁军教授的工作。

看到有用普朗克时间的倒数反推的，甚至“计算物理学博士”也这么说。

感觉绝大部分人对于“普朗克时间”的理解，以及对什么是“帧率”的理解，都很想当然。

首先，“普朗克时间”是什么？

这里我们需要提到自然单位制，这是一套以物理常量为标准的单位制。

一个光子，它的能量与频率的比值，是“普朗克常量”。这个常数的量纲，是kg·m2/s。

而万有引力常量G，则是表述物体所受引力的大小的一个常数，它的量纲是m3/(s2·kg)。

我们规定，光速c＝1，普朗克常量h＝1（也可以是约化普朗克常量，不过为了后续说明更方便，这里用普朗克常量），引力常量G＝1。因而我们可以求出自然单位制的长度单位是√(hG/c3)，这个长度就是“普朗克长度”；自然单位制下的时间单位则是√(hG/c^5)，这个时间就是“普朗克时间”。同样的，“普朗克能量”则是√(hc^5/G)，“普朗克质量”是√(hc/G)，等等。（另外，“普朗克速度”就是光速c，不过一般不这么叫）。这一套自然单位制，也叫作普朗克单位制。

自然单位制，通常来说是为了书写公式更方便。比如质能方程可以直接写成E＝m，以及E2＝m2+p2，光子的能量频率关系可以直接写成e＝ν，等等。

而其中的能量、长度、时间等等的单位，本身并没有过多的意义，只是单纯的用几个常量堆砌出来的各个单位1罢了。比如普朗克能量大约是一个闪电能量的能级，你能说这样的能量是一个“能量的最小单位”么？再比如说“普朗克速度”就是“光速”，完了，光速变成速度的“最小单位”了。普朗克长度与时间，无非是一个比较小的量罢了，只是被强行解释成“最小单位”而已。

非要解释它的物理意义的话，也只能从广义相对论与量子力学的不兼容来解释。

比如一个能量达到普朗克能量的量子，其引力效应将变得异常显著，而我们无法用理论准确描述同时需要考虑量子效应和引力效应的情况。

再比如，一个时间小于普朗克时间的量子物理进程，由于不确定性原理，它的能级不确定性将高于普朗克能量。因而我们依旧无法使用有效的物理理论进行描述。

这并不是在说一个物理进程的时间不能小于普朗克时间。

更不是在说时间是量子化的。

一个周期短于普朗克时间、波长短于普朗克长度、能量高于普朗克能量的光子，是有可能存在的，但是我们目前无法预言这样的光子的行为。当我们有了可以同时预测量子效应和引力效应的理论后，就可以打破这一局限。

接下来，我们需要考虑的是“帧率”。

当我们在说“帧率”的时候，实际上默认了一点——眼前所有的事物都是同步的，由一张一张的全息图拼接而成。每个量子都在某一时刻的开始“同时”度过了它的这一帧，而且每个量子的一帧的长度都一致。

然而狭义相对论告诉我们，这是不可能的。

注意，狭义相对论与量子力学是兼容的，两者结合诞生了量子场论。不兼容的是描述引力的广义相对论。

假设我们的世界中，每一个量子的进程都有最小单位——虽然目前理论不支持这一说法。那么同时的相对性告诉我们，A量子某一“帧”的开始，和B量子某一“帧”的开始，不可能在所有参考系都是“同时”进行的。钟慢效应也告诉我们，速度不同的两个量子，在不同的参考系下，观测到的“帧长”存在不同的比值。

考虑到世界上实际的量子数，我们可以这么说——假设我们要用一套固定帧率的显示器来模拟实际的宇宙，我们需要的帧率必然趋近于“无限大”，因为不同的量子的每一“帧”都是不同步的。

更何况，每个量子的物理进程，本身也不存在什么“帧”。

（评论区提醒，也有存在层扫类型的显示器，每帧内一行行或者甚至一个像素一个像素地更新画面。不过道理是类似的，毕竟这种显示器也是按顺序更新完全部像素的画面，之后才会更新下一帧；不存在A像素更新2次后，B像素才更新一次的情况；更不存在每个像素自己按照自己的节奏更新画面的情况——那样连“帧”都无法定义了，也即“不存在帧率”。）

综上所述，物理世界本就没有什么“帧率”，这个问题从物理角度答，只能是“无限大”。

而从生物角度答，或者从哲学角度答，可以有很多其他有趣的回答。别的答主也说得很清楚了，我就不赘述了。

补充：

关于普朗克时间的真正意义，可以参考英文维基百科。这里贴“Plank units”词条中的部分：

The term Planck scale refers to quantities of space, time, energy and other units that are similar in magnitude to corresponding Planck units. This region may be characterized by energies of around 10^19 GeV, time intervals of around 10^?43 s and lengths of around 10^?35 m (approximately respectively the energy-equivalent of the Planck mass, the Planck time and the Planck length). At the Planck scale, the predictions of the Standard Model, quantum field theory and general relativity are not expected to apply, and quantum effects of gravity are expected to dominate. The best-known example is represented by the conditions in the first 10^?43 seconds of our universe after the Big Bang, approximately 13.8 billion years ago.

这部分明确说明了，普朗克尺度下，量子场论与广义相对论失效，需要量子引力学来解释。而非“不存在”。

Planck time
The Planck time tP is the time required for light to travel a distance of 1 Planck length in a vacuum, which is a time interval of approximately 5.39×10^?44 s. All scientific experiments and human experiences occur over time scales that are many orders of magnitude longer than the Planck time, making any events happening at the Planck scale undetectable with current scientific technology. As of October 2020, the smallest time interval uncertainty in direct measurements was on the order of 247 zeptoseconds (2.47×10^?19 s).
While there is currently no known way to measure time intervals on the scale of the Planck time, researchers in 2020 proposed a theoretical apparatus and experiment that, if ever realized, could be capable of being influenced by effects of time as short as 10^?33 seconds, thus establishing an upper detectable limit for the quantization of a time that is roughly 20 billion times longer than the Planck time.

这部分则仅仅在说明“现有科技”无法测量到这一尺度，因为我们目前仅仅能够测量到2.47×10^?19 s，哪怕未来建设起了可测到10^?33 s的仪器，也远高于普朗克时间的尺度。

与之相对，中文维基百科和百度百科均有误。

将“现有物理学不适用于普朗克尺度，需要新的物理学理论”偷换概念为“现有物理学认为普朗克尺度以下不存在”；将“现有科技无法测量”偷换概念为“普朗克尺度以下是不存在的”或者“技术提高后也无法测量”——都是错误的。