stringtranslate.com

Самовоспроизводящийся космический корабль

Концепция самовоспроизводящегося космического корабля , как ее представлял себе математик Джон фон Нейман , была описана футуристами и обсуждалась в широком спектре научно-фантастических романов и рассказов. Самовоспроизводящиеся зонды иногда называют зондами фон Неймана. Самовоспроизводящиеся космические корабли в некотором роде либо имитируют, либо отражают особенности живых организмов или вирусов. [1]

Теория

Фон Нейман утверждал, что наиболее эффективным способом выполнения крупномасштабных горнодобывающих операций, таких как добыча полезных ископаемых на целой луне или поясе астероидов , было бы использование самовоспроизводящегося космического корабля, использующего их экспоненциальный рост . [2] Теоретически самовоспроизводящийся космический корабль можно было бы отправить в соседнюю планетную систему, где он бы искал сырье (извлеченное из астероидов , лун , газовых гигантов и т. д.) для создания своих копий. Затем эти копии отправлялись бы в другие планетные системы. Первоначальный «родительский» зонд мог бы затем преследовать свою основную цель в пределах звездной системы. Эта миссия сильно различается в зависимости от предлагаемого варианта самовоспроизводящегося звездолета.

Учитывая эту модель и ее сходство с моделями размножения бактерий, было отмечено, что машины фон Неймана можно считать формой жизни. В своем рассказе «Двоякодышащая рыба» (см. Самовоспроизводящиеся машины в художественной литературе ) Дэвид Брин затрагивает эту идею, указывая на то, что самовоспроизводящиеся машины, запущенные разными видами, могут фактически конкурировать друг с другом (в дарвиновской манере) за сырье или даже иметь конфликтующие миссии. При достаточном разнообразии «видов» они могли бы даже сформировать тип экологии или — если бы у них также была форма искусственного интеллекта — общество. Они могут даже мутировать с бесчисленными тысячами «поколений».

Первый количественный инженерный анализ такого космического корабля был опубликован в 1980 году Робертом Фрейтасом [2] , в котором нереплицирующаяся конструкция Project Daedalus была изменена, чтобы включить все подсистемы, необходимые для саморепликации. Стратегия проекта заключалась в том, чтобы использовать зонд для доставки «семенной» фабрики массой около 443 тонн на удаленное место, чтобы семенная фабрика производила там много копий себя, чтобы увеличить ее общую производственную мощность за 500-летний период, а затем использовать полученный автоматизированный промышленный комплекс для строительства большего количества зондов с одной семенной фабрикой на борту каждого.

Была выдвинута теория [3] , что самовоспроизводящийся звездолет, использующий относительно традиционные теоретические методы межзвездных путешествий (то есть без экзотических сверхсветовых двигателей и со скоростью, ограниченной «средней крейсерской скоростью» 0,1 с ), мог бы распространиться по галактике размером с Млечный Путь всего за полмиллиона лет.

Дебаты о парадоксе Ферми

В 1981 году Фрэнк Типлер [4] выдвинул аргумент о том, что внеземной разум не существует, основываясь на том факте, что зонды фон Неймана не были обнаружены. Учитывая даже умеренную скорость репликации и историю галактики, такие зонды должны были бы быть обычным явлением в космосе, и, таким образом, мы должны были бы уже столкнуться с ними. Поскольку мы этого не сделали, это показывает, что внеземной разум не существует. Таким образом, это является решением 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 , [ требуется ссылка ] он указал, что на самом деле Типлер недооценил скорость репликации, и что зонды фон Неймана должны были уже начать потреблять большую часть массы в галактике. Поэтому любая разумная раса, рассуждали Саган и Ньюман, не будет разрабатывать зонды фон Неймана в первую очередь и попытается уничтожить любые обнаруженные зонды фон Неймана, как только они будут обнаружены. Как указал Роберт Фрейтас [6] , предполагаемая мощность зондов фон Неймана, описанная обеими сторонами дебатов, в действительности маловероятна, и более скромно воспроизводящиеся системы вряд ли будут наблюдаемы по их воздействию на нашу Солнечную систему или галактику в целом.

Другим возражением против распространенности зондов фон Неймана является то, что цивилизации, которые потенциально могли бы создать такие устройства, могут иметь высокую вероятность самоуничтожения до того, как будут способны производить такие машины. Это может произойти из-за таких событий, как биологическая или ядерная война , нанотерроризм , истощение ресурсов , экологическая катастрофа или пандемии . Это препятствие для создания зондов фон Неймана является одним из потенциальных кандидатов на концепцию Великого фильтра .

Существуют простые обходные пути, позволяющие избежать сценария чрезмерной репликации. Радиопередатчики или другие средства беспроводной связи могут использоваться зондами, запрограммированными не реплицироваться сверх определенной плотности (например, пять зондов на кубический парсек ) или произвольного предела (например, десять миллионов в течение одного столетия), аналогичного пределу Хейфлика в воспроизводстве клеток. Одна из проблем этой защиты от неконтролируемой репликации заключается в том, что для того, чтобы весь подход потерпел неудачу, потребуется всего лишь один зонд, который выйдет из строя и начнет неограниченное воспроизводство — по сути, технологический рак — если только каждый зонд не будет иметь возможности обнаруживать такую ​​неисправность у своих соседей и не реализует протокол поиска и уничтожения (что, в свою очередь, может привести к космическим войнам зондов, если неисправные зонды сначала успеют размножиться до больших чисел, прежде чем их найдут здоровые, которые затем вполне могут иметь программу для репликации до соответствующих чисел, чтобы управлять заражением). Другой обходной путь основан на необходимости нагрева космического корабля во время длительного межзвездного путешествия. Использование плутония в качестве термического источника ограничит способность к самовоспроизведению. Космический корабль не будет иметь программы для производства большего количества плутония, даже если он найдет необходимое сырье. Другой способ — запрограммировать космический корабль с четким пониманием опасностей неконтролируемого воспроизведения.

Применение самовоспроизводящихся космических аппаратов

Детали миссии самовоспроизводящихся звездолетов могут существенно различаться 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: универсального конструктора фон Неймана (самовоспроизводящейся машины) и зонда (инструмента для исследования или изучения чего-либо). [ требуется ссылка ] Концепция названа в честь венгерско-американского математика и физика Джона фон Неймана , который тщательно изучал концепцию самовоспроизводящихся машин, которые он называл «универсальными ассемблерами» и которые часто называют « машинами фон Неймана ». [2] Такие конструкции можно теоретически представить как включающие пять 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 второго — подготовка будущего поселения. [7] [ нужен лучший источник ]

Инициатива по межзвездным исследованиям предложила ближайшую концепцию самовоспроизводящегося зонда , [ необходимо разъяснение ] достигающего примерно 70% самовоспроизводства на основе текущих и ближайшей перспективных технологий. [8]

Если самовоспроизводящийся зонд обнаружит 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 в эволюцию жизни или направлять ее. [ требуется ссылка ]

Физик Пол Дэвис из Университета Аделаиды «выдвинул предположение о возможности зонда, покоящегося на нашей собственной Луне », прибывшего в какой-то момент древней предыстории Земли и оставшегося для наблюдения за Землей, концепция, которую, по словам Мичио Каку , Стэнли Кубрик использовал в качестве основы своего фильма « Космическая одиссея 2001 года» (хотя режиссер вырезал соответствующую сцену с монолитом из фильма). [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 считается напоминающей Кларка. [ необходима ссылка ]

Вариантом идеи межзвездного зонда фон Неймана является идея « Astrochicken », предложенная Фрименом Дайсоном . [ требуется ссылка ] Хотя у него есть общие черты самовоспроизведения, исследования и связи со своей «домашней базой», Дайсон задумал Astrochicken для исследования и работы в нашей собственной планетной системе , а не для исследования межзвездного пространства. [ требуется ссылка ]

Андерс Сандберг и Стюарт Армстронг утверждали, что запуск колонизации всей достижимой Вселенной с помощью самовоспроизводящихся зондов вполне соответствует возможностям цивилизации, охватывающей звезды, и предложили теоретический подход для достижения этой цели за 32 года, путем добычи ресурсов на планете Меркурий и создания роя Дайсона вокруг Солнца . [11]

Берсеркеры

Вариантом самовоспроизводящегося звездолета является Берсеркер . В отличие от концепции безвредного зонда, Берсеркеры запрограммированы на поиск и уничтожение форм жизни и экзопланет, на которых они обитают, всякий раз, когда они встречаются.

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

В художественной литературе высказываются предположения, что Берсеркеры могут быть созданы и запущены ксенофобской цивилизацией (см. Anvil of Stars Грега Бира в разделе «В художественной литературе» ниже) или теоретически могут «мутировать» из более безобидного зонда. Например, корабль фон Неймана, разработанный для процессов терраформирования — добычи полезных ископаемых на поверхности планеты и адаптации ее атмосферы к более благоприятным для человека условиям — можно интерпретировать как атакующий ранее обитаемые планеты, убивающий их жителей в процессе изменения планетарной среды, а затем самовоспроизводящийся, чтобы отправить больше кораблей для «атаки» на другие планеты.

Копирование кораблей-сеялок

Еще одним вариантом идеи самовоспроизводящегося звездолета является корабль-сеялка. Такие звездолеты могли бы хранить генетические модели форм жизни из своего родного мира, возможно, даже вида, который его создал. Найдя пригодную для жизни экзопланету или даже ту, которая может быть терраформирована , он попытался бы воспроизвести такие формы жизни — либо из сохраненных эмбрионов , либо из сохраненной информации, используя молекулярную нанотехнологию для создания зигот с различной генетической информацией из местного сырья. [12]

Такие корабли могли бы быть терраформирующими судами, подготавливающими колониальные миры для последующей колонизации другими судами, или — если они будут запрограммированы на воссоздание, выращивание и обучение особей вида, который его создал — самовоспроизводящимися колонизаторами. Корабли-сеялки были бы подходящей альтернативой кораблям-генерациям как способ колонизации миров, слишком далеких, чтобы добраться до них за одну жизнь.

В художественной литературе

Зонды фон Неймана

Берсеркеры

Копирование кораблей-сеялок

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Think, Big (2012-10-18). "Мичио Каку: Нанокорабль к звездам". Design World . Получено 2022-11-25 .
  2. ^ abcd Фрейтас, Роберт А. младший (1980). «Самовоспроизводящийся межзвездный зонд». Журнал Британского межпланетного общества . 33 : 251–264. Bibcode :1980JBIS...33..251F.
  3. ^ «Сравнение стратегий воспроизводящих и невоспроизводящих звездных зондов для исследования Галактики». www.rfreitas.com .
  4. ^ «Внеземные существа не существуют», Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества , т. 21, номер 267 (1981)
  5. Саган, Карл и Ньюман, Уильям: «Солипсистский подход к внеземному разуму», Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества , т. 24, номер 113 (1983)
  6. ^ Фрейтас, Роберт А. младший (ноябрь 1983 г.). «Внеземной разум в Солнечной системе: разрешение парадокса Ферми». J. Br. Interplanet. Soc . 36 : 496–500. Bibcode :1983JBIS...36..496F.
  7. ^ Хайн, Андреас М.; Бакстер, Стивен (2018). «Искусственный интеллект для межзвездных путешествий». arXiv : 1811.06526 [physics.pop-ph].
  8. ^ Борге, Оливия; Хайн, Андреас М. (2021). «Самовоспроизводящиеся зонды ближнего действия — концептуальный дизайн». Acta Astronautica . 187. Elsevier BV: 546–556. arXiv : 2005.12303 . Bibcode : 2021AcAau.187..546B. doi : 10.1016/j.actaastro.2021.03.004. ISSN  0094-5765. S2CID  218889518.
  9. ^ Каку, Мичио. «Физика внеземных цивилизаций». m< (mkaku.org) . Получено 21 июня 2019 г.
  10. Артур Кларк. Артур Кларк о своем рассказе, который вдохновил на создание «Космической одиссеи 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). «Внеземные разумные существа не существуют». Ежеквартальный журнал Королевского астрономического общества . 21 : 268. Бибкод : 1980QJRAS..21..267T.
  13. Полный текст рассказа размещен на сайте автора davidbrin.com. Архивировано 11.01.2007 на Wayback Machine.