Зонд фон Неймана — одна из самых смелых концепций, связанных с исследованием космического пространства. Это гипотетический беспилотный аппарат, который может преодолевать расстояние между звездами и создавать собственные копии. И эта идея даже более безумна, чем может показаться.
Самовоспроизводящиеся машины
Прилет в Солнечную систему межзвездной кометы 3I/ATLAS заставил многих людей вспомнить о такой концепции, как зонд фон Неймана. Это и неудивительно, учитывая, что им действительно потенциально может оказаться любой приближающийся к нам объект из космического пространства, который мы до сих пор не смогли как следует рассмотреть.
Именно к 3I/ATLAS это никакого отношения не имеет. За последние несколько месяцев эту комету исследовали уже много раз всеми возможными телескопами, и мы точно знаем, что там — только лед и камни. Однако нужно все же знать, чего именно стоит бояться.
Зонд фон Неймана — это гипотетический космический аппарат, предназначенный для исследования Галактики. Он должен обладать способностью исследовать звездную систему, иметь полный набор оборудования для добычи ресурсов в космосе, их превращения в детали и механизмы и двигатель, способный обеспечивать межзвездные полеты.
Сами перелеты происходят с досветовой скоростью, то есть занимают минимум десятки лет. Но, добравшись до какой-то звездной системы, машина находит ресурсы и начинает строить свои копии, которые разлетаются по окружающим звездным системам и там повторяют этот цикл, пока не исследуют весь Млечный Путь.
Из названия можно подумать, что автором этой идеи является некий фон Нейман. Но на самом деле венгерский математик Янош Лайош Нейман, или Джон фон Нейман, как его называли в США, именно об автоматических космических кораблях никогда ничего не писал.
Он действительно является одним из авторов самой концепции вычислительной техники и автоматизации и все наши компьютеры построены на основе схемы, которая называется «архитектура фон Неймана». Именно эти исследования того, насколько сложным может быть ответ машины на различные входные условия привели его в 1949 году к концепции самовоспроизводящихся машин.
Идея даже сейчас может показаться революционной, однако ее основы достаточно просты. В условиях промышленного строительства автоматы способны выполнять изготовление отдельных деталей и собирать их вместе, создавая системы любой сложности без участия человека, если все процессы хорошо продуманы.
Почему бы сборной линии не создать свою собственную копию, которая может составлять свои копии? В начальных работах фон Неймана речь шла только о процессе уборки. Однако уже в 1950-х стало ясно, что процесс можно расширить вплоть до добычи сырья. Копии всего этого теоретически можно было строить по заданной программе.
Зонд фон Неймана и парадокс Ферми
Сам фон Нейман называл такие машины просто самовоспроизводящимися, но по мере того, как эти идеи приобретали популярность после его смерти в 1957 году, за ними закрепилось название «машины фон Неймана». Кто первым попытался засунуть одну из них на борт космического корабля и назвал это «зонд фон Неймана», неизвестно.
Точно можно сказать, что в среде англоязычных любителей фантастики и футурологии этот термин уже был хорошо известен, когда в 1981 году американский физик Майкл Гарт не применил эту концепцию в работе, посвященной парадоксу Ферми и связанному с ним уравнению Дрейка.
Парадокс Ферми можно сформулировать следующим образом: если Земля – типичная планета Вселенной и она породила людей, то почему мы не видим инопланетян, которые должны возникнуть на какой-то другой планете в Млечном Пути. Подходов к решению этой проблемы есть множество, но все они в конечном счете опираются на непроверенные предположения, поэтому любой может оказаться верным или ложным.
Уравнение Дрейка — это математическое воплощение парадокса Ферми, которое теоретически должно подсказать нам, сколько же разумных цивилизаций мы должны встретить, исследуя Млечный Путь, но на практике в нем слишком много неизвестных нам переменных.
Однако и данных, которые известны, таких как темп звездообразования и общее количество светил в Галактике, для Гарта оказалось достаточно, чтобы подсчитать, что волна зондов фон Неймана должна была пройти Млечный Путь из конца в конец всего за 640 тыс. св. лет, то есть если бы в ней существовала хотя бы одна развитая цивилизация, кроме нас, мы встретились бы с ее зондами прямо в Солнечной системе.
А поскольку ничего такого мы не видим, сам парадокс Ферми решается относительно просто: мы не знаем причин, но разумных видов, кроме нас, в Галактике нет. Это заключение сразу же вызвало критику со стороны известного ученого и популяризатора науки Карла Сагана.
Он заявил, что Гарт говорит все верно, но недооценивает силу самовосстанавливающихся машин. Если бы они действовали так, как тот думает, то давно должны были не просто достичь Солнечной системы, но и разобрать на сырье для своих копий и Землю, и нас, и даже собственных создателей с их родным миром. Потому ни одна действительно разумная цивилизация такие машины создавать не будет. Следовательно, отсутствие зондов фон Неймана не является признаком отсутствия жизни в Галактике.
С тех пор любители науки и научной фантастики неоднократно переосмысливали аргументы Харта и Сагана, придумывали какие-то ограничения для копирования зондов, но в итоге все вылилось в очередной набор теорий о парадоксе Ферми.
Развитие идеи
Главная причина, по которой тема зондов фон Неймана популярна — этот способ завоевать Галактику кажется самым простым и дешевым. Движение быстрее света все еще остается ненаучной фантастикой. Для того чтобы полет не длился тысячи лет, корабль надо разгонять до десятых долей скорости света. А это — невероятное количество энергии, поэтому лучше делать его максимально легким. Лучше, чтобы масса полезной нагрузки не превышала десятков тонн.
При этом сам по себе зонд фон Неймана даже не обязательно должен обладать полноценным искусственным интеллектом. Однако за пределами задачи «лететь и копироваться» на него могут быть возложены и другие функции. К примеру, он одновременно может быть так называемым зондом Брейсвелла. Это еще одна концепция межзвездного беспилотника, основной задачей которого является установление контакта с другими цивилизациями.
Но может быть и гораздо худший вариант. В 1967 году американский фантаст Фред Саберхаген описал берсеркера — вариант зонда фон Неймана, у которого есть оружие и цель уничтожать любую разумную жизнь, которая встретится ему на пути. Такой радикальный способ раз и навсегда избавиться от конкурентов.
Существует и концепция радикально противоположная берсеркеру — корабль-сеятель. В этом случае зон фон Неймана несет на себе биологический материал родной планеты или зародыши создавших его существ. Когда он достигает мира, не имеющего биосферы и цивилизации, то использует свои запасы для создания разумной или неразумной жизни, и только потом рассылает свои копии. Таким образом можно за пару миллионов лет полностью заселить Галактику.
Есть и лайт вариант зонда фон Неймана. Он называется астроцыпленком. Его автором является известный физик Фримен Дайсон, тот самый, который придумал гигантские сферы. Идея заключается в том, чтобы для исследования Солнечной системы использовать совсем небольшой аппарат, главной полезной нагрузкой которого будет система добычи ресурсов и изготовления из них деталей. Как цыпленок бегает по двору и, клюя семена, вырастает в курицу, так и этот аппарат должен «вырастить» себе оборудование для движения и исследования планет.
Зонд фон Неймана — форма жизни?
За всем этим скрывается гораздо более интересный вопрос. Мы сейчас привыкли думать, что если машина способна выполнять сложную работу, то там обязательно должна быть какая-то высокоинтеллектуальная система управления. То есть когда мы думаем о прилетевшем к другой звездной системе зонде фон Неймана, мы чаще всего представляем его с полноценным ИИ.
Однако сам Дон фон Нейман, работая над теорией самовоспроизводящихся машин, мыслил в совершенно противоположном направлении. Насколько простыми они должны быть, чтобы все еще сохранять способность к созданию себе подобных?
На самом деле вопрос действительно важный. Потому что мы уже видим машины, имеющие очень мало интеллекта, но при этом способные эффективно подстраиваться под очень широкий диапазон условий. Речь идет о биологической жизни: РНК (в том числе и вирусах), бактериях, многоклеточных организмах. Человеческие машины до сих пор не могут сравниться с ними в эффективности превращения материи в пересчете на усилия, затраченные на принятие решений.
Действительно эффективный зонд фон Неймана — это не суперкомпьютер в банке, а вирус. Что-то вроде протокола из цикла романов «Экспансия» Джеймса Кори. С другой стороны, даже очень громоздкая система, в которой отдельный корабль не может самовоспроизводиться, но при этом может перестроиться в недвижимую фабрику, уже тоже имеет набор характеристик по потреблению ресурсов и энергии, поведению, размножению и наследованию информации с возможностью изменений в соответствии с данными условиями.
А все вместе это — определение жизни. Лучшее, что у нас есть, потому что даже на Земле оно демонстрирует невероятное разнообразие форм и механизмов, которые трудно описать более узкими понятиями. Можно ли провести границу между самовоспроизводящимся механизмом и организмом? Особенно если производить первый не из металла, а из полимеров.
А если зонды фон Неймана наделить искусственным интеллектом, смогут ли они построить свою цивилизацию? Это будет чуждый нам разум или продолжение нашего собственного? Что будет, если где-то встретятся машины, созданные двумя совершенно разными биологическими видами? Не найдут ли они больше общего, чем нашли бы их создатели?
На все эти вопросы нет ответов. Но искать их очень интересно.
