stringtranslate.com

Самовоспроизводящийся космический корабль

Концепция самовоспроизводящегося космического корабля , предложенная математиком Джоном фон Нейманом , была описана футуристами и обсуждалась во многих научно-фантастических романах и рассказах. Самовоспроизводящиеся зонды иногда называют зондами фон Неймана. Самовоспроизводящиеся космические корабли в некотором смысле будут либо имитировать, либо отражать особенности живых организмов или вирусов. [1]

Теория

Фон Нейман утверждал, что наиболее эффективным способом выполнения крупномасштабных горнодобывающих работ, таких как добыча всей Луны или пояса астероидов , было бы использование самовоспроизводящихся космических кораблей, использующих преимущества их экспоненциального роста . [2] Теоретически самовоспроизводящийся космический корабль можно отправить в соседнюю планетную систему, где он будет искать сырье (добытое на астероидах , лунах , газовых гигантах и ​​т. д.) для создания своих копий. Эти копии затем будут отправлены в другие планетные системы. Первоначальный «родительский» зонд мог бы затем выполнять свою основную задачу в звездной системе. Эта миссия широко варьируется в зависимости от предлагаемого варианта самовоспроизводящегося космического корабля.

Учитывая эту закономерность и ее сходство с закономерностями размножения бактерий, было отмечено, что машины фон Неймана можно рассматривать как форму жизни. В своем рассказе «Двоякодышащая рыба» (см. Самовоспроизводящиеся машины в художественной литературе ) Дэвид Брин затрагивает эту идею, указывая, что самовоспроизводящиеся машины, запущенные разными видами, могут фактически конкурировать друг с другом (в дарвинистской манере) за сырье. или даже имеют противоречивые миссии. При достаточном разнообразии «видов» они могли бы даже сформировать своего рода экологию или – если бы у них также была форма искусственного интеллекта – общество. Они могут даже мутировать в течение неисчислимых тысяч «поколений».

Первый количественный инженерный анализ такого космического корабля был опубликован в 1980 году Робертом Фрейтасом [2], в котором нереплицирующаяся конструкция проекта «Дедал» была изменена, чтобы включить все подсистемы, необходимые для самовоспроизведения. Стратегия проекта заключалась в том, чтобы использовать зонд для доставки «семенной» фабрики массой около 443 тонн на отдаленный объект, чтобы семенная фабрика производила там множество своих копий, чтобы увеличить свою общую производственную мощность в течение 500-летнего периода. а затем использовать полученный автоматизированный промышленный комплекс для создания большего количества зондов с одной фабрикой по производству семян на борту каждый.

Было высказано предположение [3] , что самовоспроизводящийся космический корабль, использующий относительно традиционные теоретические методы межзвездных путешествий (т.е. отсутствие экзотического движения со скоростью, превышающей скорость света , и скорости, ограниченные «средней крейсерской скоростью» 0,1 градуса ), может распространяться. по всей галактике размером с Млечный Путь всего за полмиллиона лет.

Дебаты о парадоксе Ферми

В 1981 году Фрэнк Типлер [4] выдвинул аргумент, что внеземной разум не существует, основываясь на том факте, что зонды фон Неймана не наблюдались. Учитывая даже умеренную скорость репликации и историю галактики, такие зонды уже должны были быть распространены по всему космосу и, следовательно, мы уже должны были с ними столкнуться. Поскольку мы этого не сделали, это показывает, что внеземной разум не существует. Таким образом, это решение парадокса Ферми , то есть вопроса о том, почему мы еще не столкнулись с внеземным разумом, если он распространен во всей Вселенной.

Ответ [5] пришел от Карла Сагана и Уильяма Ньюмана. Теперь известный как « Ответ Сагана » , он указывал на то, что на самом деле Типлер недооценил скорость репликации и что зонды фон Неймана уже должны были начать поглощать большую часть массы галактики. Поэтому любая разумная раса, рассуждали Саган и Ньюман, вообще не будет проектировать зонды фон Неймана и попытается уничтожить любые обнаруженные зонды фон Неймана, как только они будут обнаружены. Как отметил Роберт Фрейтас [6] , предполагаемая мощность зондов фон Неймана, описанная обеими сторонами дебатов, в действительности маловероятна, а более скромно воспроизводящие системы вряд ли будут наблюдаемы в их воздействии на нашу Солнечную систему или галактику, как целое.

Еще одно возражение против преобладания зондов фон Неймана, также известных как « Великий фильтр» , заключается в том, что цивилизации того типа, которые потенциально могли бы создать такие устройства, могут иметь короткий срок жизни и самоуничтожиться до того, как достигнут столь продвинутый этап, в результате таких событий. биологическая или ядерная война , нанотерроризм , истощение ресурсов , экологическая катастрофа или пандемии .

Существуют простые обходные пути, позволяющие избежать сценария чрезмерной репликации. Радиопередатчики или другие средства беспроводной связи могут использоваться зондами, запрограммированными не воспроизводиться за пределами определенной плотности (например, пять зондов на кубический парсек ) или произвольного предела (например, десять миллионов в течение одного столетия), аналогичного пределу Хейфлика. в размножении клеток. Одна из проблем с этой защитой от неконтролируемой репликации заключается в том, что достаточно, чтобы один зонд вышел из строя и начал неограниченное воспроизводство, чтобы весь подход потерпел неудачу (по сути, это технологическая раковая опухоль), если только каждый зонд не обладает способностью обнаруживать такие сбои у своих соседей и реализует протокол поиска и уничтожения (который, в свою очередь, может привести к космическим войнам между зондами, если неисправным зондам сначала удастся умножиться до больших чисел, прежде чем их найдут исправные, которые затем вполне могут иметь программу для репликации совпадающих чисел, чтобы как бороться с заражением). Другой обходной путь основан на необходимости обогрева космического корабля во время длительных межзвездных путешествий. Использование плутония в качестве источника тепла ограничило бы способность к самовоспроизведению. У космического корабля не будет программы для производства большего количества плутония, даже если он найдет необходимое сырье. Другой вариант — запрограммировать космический корабль с четким пониманием опасности неконтролируемого репликации.

Приложения для самовоспроизводящихся космических аппаратов

Детали миссии самовоспроизводящихся космических кораблей могут широко варьироваться от предложения к предложению, и единственной общей чертой является их самовоспроизводящаяся природа.

Зонды фон Неймана

Зонд фон Неймана — это космический корабль, способный воспроизводить себя. [2] Это объединение двух концепций: универсальный конструктор фон Неймана (самовоспроизводящаяся машина) и зонд (инструмент для исследования или изучения чего-либо). [ нужна цитация ] Концепция названа в честь венгерско-американского математика и физика Джона фон Неймана , который тщательно изучил концепцию самовоспроизводящихся машин, которые он назвал «универсальными ассемблерами» и которые часто называют « машинами фон Неймана ». [2] Теоретически такие конструкции могут состоять из пяти основных компонентов (вариации этого шаблона могут создавать другие машины, такие как зонды Брейсвелла [ жаргон ] ):

Андреас М. Хайн и писатель-фантаст Стивен Бакстер предложили различные типы зондов фон Неймана, названные «Философ» и «Основатель», где целью первого является исследование, а целью второго — подготовка будущего поселения. [7] [ нужен лучший источник ]

Инициативой межзвездных исследований была предложена краткосрочная концепция самовоспроизводящегося зонда , [ необходимы разъяснения ] с достижением около 70% самовоспроизводства на основе текущих и ближайших технологий. [8]

Если самовоспроизводящийся зонд обнаруживает доказательства примитивной жизни (или примитивной, низкоуровневой культуры), он может быть запрограммирован на бездействие, молчаливое наблюдение, попытку установить контакт (этот вариант известен как зонд Брейсвелла ), [ жаргон ] или даже каким-то образом вмешиваться или направлять эволюцию жизни. [ нужна цитата ]

Физик Пол Дэвис из Университета Аделаиды , прибыв в какой-то момент древней предыстории Земли и оставшийся наблюдать за Землей, «поднял вопрос о возможности пребывания зонда на нашей собственной Луне » — концепция, которую, по словам Мичио Каку , использовал Стэнли Кубрик. в основу своего фильма « 2001: Космическая одиссея» (хотя режиссер вырезал из фильма соответствующую сцену с монолитом). [9] Работа Кубрика была основана на рассказе Артура Кларка « Часовой », расширенном парой в форме романа, который стал основой для фильма [10] , и поэтому концепция лунного зонда/обсерватории Дэвиса также является считается напоминающим Кларка. [ нужна цитата ]

Вариантом идеи межзвездного зонда фон Неймана является идея «Астроцыпленка » , предложенная Фрименом Дайсоном . [ нужна цитата ] Хотя у него есть общие черты самовоспроизведения, исследования и связи со своей «домашней базой», Дайсон задумал «Астроцыпленка» для исследования и работы внутри нашей собственной планетарной системы , а не для исследования межзвездного пространства. [ нужна цитата ]

Андерс Сандберг и Стюарт Армстронг утверждали, что запуск колонизации всей достижимой Вселенной с помощью самовоспроизводящихся зондов вполне в пределах возможностей звездной цивилизации, и предложили теоретический подход для достижения этой цели за 32 года путем добычи ресурсов на планете Меркурий. и создание Роя Дайсона вокруг Солнца. [11]

Берсерки

Вариант самовоспроизводящегося звездолета — « Берсеркер» . В отличие от концепции безобидных зондов, берсерки запрограммированы на поиск и истребление форм жизни и жизнеспособных экзопланет всякий раз, когда они встречаются.

Название происходит от серии романов Фреда Саберхагена «Берсеркер» , в которых описывается война между человечеством и такими машинами. Саберхаген указывает (через одного из своих персонажей), что военные корабли Берсерка в его романах сами по себе не являются машинами фон Неймана, но более крупный комплекс машин Берсерка, включая автоматизированные верфи, действительно представляет собой машину фон Неймана. Это снова поднимает концепцию экологии машин фон Неймана или даже сущности улья фон Неймана.

В художественной литературе предполагается, что берсерки могли быть созданы и запущены ксенофобской цивилизацией (см. «Наковальня звезд » Грега Бира в разделе «В художественной литературе» ниже) или теоретически могли «мутировать» из более безобидного зонда. Например, корабль фон Неймана, предназначенный для процессов терраформирования – разработки поверхности планеты и приведения ее атмосферы в более благоприятные для человека условия – можно интерпретировать как нападение на ранее обитаемые планеты, убийство их жителей в процессе изменения планетарной среды, а затем самовоспроизводящиеся, чтобы отправить больше кораблей для «атаки» других планет.

Репликация сеялок

Еще одним вариантом идеи самовоспроизводящегося звездолета является корабль-сеятель. Такие звездолеты могут хранить генетические образцы форм жизни из их родного мира, возможно, даже тех видов, которые его создали. Обнаружив обитаемую экзопланету или даже такую, которая может быть терраформирована , она попытается воспроизвести такие формы жизни – либо из сохраненных эмбрионов , либо из сохраненной информации с использованием молекулярной нанотехнологии для создания зигот с различной генетической информацией из местного сырья. [12]

Такие корабли могут быть терраформирующими кораблями, подготавливающими колониальные миры для последующей колонизации другими судами, или – если они будут запрограммированы на воссоздание, выращивание и обучение особей вида, создавшего их – самими самовоспроизводящимися колонизаторами. Корабли-сеятели могли бы стать подходящей альтернативой кораблям- покоителям как способ колонизировать миры, слишком далекие, чтобы добраться до них за одну жизнь.

В фантастике

Зонды фон Неймана

Берсерки

Репликация сеялок

Смотрите также

Рекомендации

  1. Думай, большой (18 октября 2012 г.). «Мичио Каку: Нанокорабль к звездам». Мир дизайна . Проверено 25 ноября 2022 г.
  2. ^ abcd Фрейтас, Роберт А. младший (1980). «Самовоспроизводящийся межзвездный зонд». Журнал Британского межпланетного общества . 33 : 251–264. Бибкод : 1980JBIS...33..251F.
  3. ^ «Сравнение воспроизводящих и невоспроизводящихся стратегий звездолётов для исследования Галактики». www.rfreitas.com .
  4. ^ «Внеземные существа не существуют», Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества , том. 21, номер 267 (1981)
  5. ^ Саган, Карл и Ньюман, Уильям: «Солипсистский подход к внеземному разуму», Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества , том. 24, номер 113 (1983)
  6. ^ Фрейтас, Роберт А. младший (ноябрь 1983 г.). «Внеземной разум в Солнечной системе: разрешение парадокса Ферми». Дж. Бр. Интерпланета. Соц . 36 : 496–500. Бибкод : 1983JBIS...36..496F.
  7. ^ Хейн, Андреас М.; Бакстер, Стивен (2018). «Искусственный интеллект для межзвездных путешествий». arXiv : 1811.06526 [физика.поп-ph].
  8. ^ Борге, Оливия; Хейн, Андреас М. (2021). «Ближайшие самовоспроизводящиеся зонды — концептуальный проект». Акта Астронавтика . Эльзевир Б.В. 187 : 546–556. arXiv : 2005.12303 . Бибкод : 2021AcAau.187..546B. doi :10.1016/j.actaastro.2021.03.004. ISSN  0094-5765. S2CID  218889518.
  9. ^ Каку, Мичио. «Физика внеземных цивилизаций». м< (mkaku.org) . Проверено 21 июня 2019 г.
  10. ^ Артур Кларк. Артур Кларк о своем рассказе, вдохновившем на создание книги «Космическая одиссея 2001 года».
  11. ^ «Вечность за шесть часов: межгалактическое распространение разумной жизни и обострение парадокса Ферми». Стюарт Армстронг, Андерс Сандберг, Институт будущего человечества, Оксфордский университет. 12 марта 2013 г.
  12. ^ Типлер, Фрэнк Дж. (1980). «Внеземных разумных существ не существует». Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества . 21 : 268. Бибкод : 1980QJRAS..21..267T.
  13. Полный текст рассказа размещен на сайте автора davidbrin.com. Архивировано 11 января 2007 г. на Wayback Machine.