Зонд фон Неймана — одна з найсміливіших концепцій, пов’язаних із дослідженням космічного простору. Це гіпотетичний безпілотний апарат, який може долати відстань між зорями та створювати власні копії. І ця ідея навіть більш божевільна, ніж може здатися.
Машини, що самовідтворюються
Приліт до Сонячної системи міжзоряної комети 3I/ATLAS примусив багатьох людей згадати про таку концепцію, як зонд фон Неймана. Це й не дивно з огляду на те, що ним дійсно потенційно може виявитися будь-який об’єкт, що наближається до нас із космічного простору і який ми досі не змогли як слід розгледіти.
Конкретно до 3I/ATLAS це жодного відношення не має. За останні кілька місяців цю комету дослідили вже багато разів усіма можливими телескопами, й ми точно знаємо, що там — тільки крига і камені. Однак треба все ж знати, чого саме варто боятися.
Зонд фон Неймана — це гіпотетичний космічний апарат, призначений для дослідження Галактики. Він повинен мати здатність досліджувати зоряну систему, мати повний набір обладнання для видобування ресурсів у космосі, їхнього перетворення на деталі й механізми та двигун, здатний забезпечувати міжзоряні польоти.
Самі перельоти відбуваються з досвітловою швидкістю, тобто займають мінімум десятки років. Але, діставшись до якоїсь зоряної системи, машина знаходить ресурси й починає будувати свої копії, які розлітаються навколишніми зоряними системами й там повторюють цей цикл, аж поки не дослідять увесь Чумацький Шлях.
З назви можна подумати, що автором цієї ідеї є якийсь фон Нейман. Але насправді угорський математик Янош Лайош Нейман, або Джон фон Нейман, як його називали у США, саме про автоматичні космічні кораблі ніколи нічого не писав.
Він справді є одним з авторів самої концепції обчислювальної техніки та автоматизації, й усі наші комп’ютери побудовані на основі схеми, яка зветься «архітектура фон Неймана». Саме ці дослідження того, наскільки складною може бути відповідь машини на різні вхідні умови, привели його у 1949 році до концепції машин, що самовідтворюються.
Ідея навіть зараз може видатися революційною, однак її основи достатньо прості. В умовах промислового будівництва автомати здатні виконувати виготовлення окремих деталей і збирати їх докупи, створюючи системи будь-якої складності без участі людини, якщо всі процеси добре продумані.
То чому б збиральній лінії не створити свою власну копію, яка може складати свої копії? У початкових роботах фон Неймана йшлося лише про процес збирання. Проте вже у 1950-х стало зрозуміло, що процес можна розширити аж до видобування сировини. Копії всього цього теоретично можна було будувати за наперед заданою програмою.
Зонд фон Неймана і парадокс Фермі
Сам фон Нейман називав такі машини просто самовідтворюваними, але в міру того, як ці ідеї набували популярності після його смерті у 1957 році, за ними закріпилася назва «машини фон Неймана». Хто першим спробував засунути одну з них на борт космічного корабля і назвав це «зонд фон Неймана», достеменно невідомо.
Точно можна лише сказати, що у середовищі англомовних любителів фантастики та футурології цей термін вже був добре відомий, коли у 1981 році американський фізик Майкл Гарт не застосував цю концепцію у роботі, присвяченій парадоксу Фермі та пов’язаному з ним рівнянню Дрейка.
Парадокс Фермі можна сформулювати наступним чином: якщо Земля — типова планета Всесвіту і вона породила людей, то чому ми не бачимо інопланетян, які мали б виникнути на якійсь іншій планеті у Чумацькому Шляху. Підходів до розв’язання цієї проблеми є безліч, але всі вони зрештою спираються на неперевірені припущення, тож будь-який може виявитися правильним або хибним.
Рівняння Дрейка — це математичне втілення парадокса Фермі, яке теоретично мало б підказати нам, скільки ж розумних цивілізацій ми мали б зустріти, досліджуючи Чумацький Шлях, але на практиці у ньому занадто багато невідомих нам змінних.
Проте й даних, які відомі, таких як темп зореутворення та загальна кількість світил у Галактиці, для Гарта виявилося достатньо, аби підрахувати, що хвиля зондів фон Неймана мала б пройти Чумацький Шлях з кінця в кінець лише за 640 тис. св. років, тобто якби у ній існувала хоча б одна розвинена цивілізація, крім нас, ми б вже зустрілися з її зондами прямо у Сонячній системі.
А оскільки нічого такого ми не бачимо, сам парадокс Фермі розв’язується відносно просто: ми не знаємо причини, але розумних видів, крім нас, у Галактиці немає. Цей висновок одразу ж викликав критику з боку відомого науковця і популяризатора науки Карла Сагана.
Він заявив, що Гарт говорить все правильно, але недооцінює силу машин, що самовідновлюються. Якби вони діяли так, як той думає, то давно мали б не просто досягти Сонячної системи, а й розібрати на сировину для своїх копій і Землю, і нас, і навіть власних творців з їхнім рідним світом. Тому жодна справді розумна цивілізація такі машини створювати не буде. А отже, відсутність зондів фон Неймана не є ознакою відсутності життя в Галактиці.
Відтоді любителі науки та наукової фантастики неодноразово перевідкривали аргументи Гарта та Сагана, вигадували якісь обмеження для копіювання зондів, але зрештою все вилилося у черговий набір теорій щодо парадокса Фермі.
Розвиток ідеї
Головна причина, з якої тема зондів фон Неймана популярна — цей спосіб завоювати Галактику видається найпростішим і найдешевшим. Рух швидше за світло все ще залишається ненауковою фантастикою. Щоб політ не тривав тисячі років, корабель треба розганяти до десятих долей швидкості світла. А це — неймовірна кількість енергії, тому краще робити його максимально легким. Краще, щоб маса корисного навантаження не перевищувала десятків тонн.
При цьому сам по собі зонд фон Неймана навіть не обов’язково повинен мати повноцінний штучний інтелект. Однак за межами задачі «летіти й копіюватися» на нього можуть бути покладені й інші функції. Наприклад, він одночасно може бути так званим зондом Брейсвелла. Це ще одна концепція міжзоряного безпілотника, основним завданням якого є встановлення контакту з іншими цивілізаціями.
Але може бути й значно гірший варіант. У 1967 році американський фантаст Фред Саберхаген описав берсеркера — варіант зонда фон Неймана, у якого є зброя і мета знищувати будь-яке розумне життя, яке зустрінеться йому на шляху. Такий радикальний спосіб раз і назавжди позбутися конкурентів.
Існує і концепція радикально протилежна до берсеркера — корабель-сіяч. У цьому випадку зон фон Неймана несе на собі біологічний матеріал рідної планети або зародки істот, які його створили. Коли він досягає світу, який не має біосфери та цивілізації, то використовує свої запаси для створення розумного чи нерозумного життя, і тільки потім розсилає свої копії. Таким чином можна за якихось пару мільйонів років повністю заселити Галактику.
Є і лайт-варіант зонда фон Неймана. Він зветься астрокурчам. Його автором є відомий фізик Фрімен Дайсон, той самий, що придумав гігантські сфери. Ідея полягає в тому, щоб для дослідження Сонячної системи використати зовсім невеликий апарат, головним корисним навантаженням якого буде система видобування ресурсів і виготовлення з них деталей. Як курча рухається двором і, дзьобаючи насіння, виростає в курку, так і цей апарат має «виростити» собі обладнання для руху і дослідження планет.
Зонд фон Неймана — форма життя?
За всім цим ховається значно цікавіше питання. Ми зараз звикли думати, що якщо машина здатна виконувати якусь складну роботу, то там обов’язково має бути якась високоінтелектуальна система управління. Тобто коли ми думаємо про зонд фон Неймана, що прилетів до іншої зоряної системи, ми найчастіше уявляємо його з повноцінним ШІ.
Проте сам Дон фон Нейман, працюючи над теорією машин, що самовідтворюються, мислив у зовсім протилежному напрямку. Наскільки простими вони мають бути, щоб усе ще зберігати здатність до створення собі подібних?
Насправді питання дійсно важливе. Бо ми вже бачимо машини, які мають дуже мало інтелекту, але при цьому здатні ефективно підлаштовуватися під надзвичайно широкий діапазон умов. Мова про біологічне життя: РНК (зокрема й віруси), бактерії, багатоклітинні організми. Людські машини й досі не можуть зрівнятися з ними в ефективності перетворення матерії в перерахунку на зусилля, витрачені на ухвалення рішень.
Справді ефективний зонд фон Неймана — це не суперкомп’ютер у банці, а вірус. Щось на зразок протомолекули з циклу романів «Експансія» Джеймса Корі. З іншого боку, навіть дуже громіздка система, в якій окремий корабель не може самовідтворюватися, але при цьому може перебудуватися у нерухому фабрику, вже теж має набір характеристик зі споживання ресурсів та енергії, поведінки, розмноження та спадкування інформації з можливістю змін відповідно до даних умов.
А все разом це — визначення життя. Найкраще, що у нас є, бо навіть на Землі воно демонструє неймовірне розмаїття форм та механізмів, які важко описати більш вузькими поняттями. Тож, чи можна провести межу між самовідтворюваним механізмом та організмом? Особливо якщо виготовляти перший не з металу, а з полімерів.
А якщо зонди фон Неймана наділити штучним інтелектом, чи зможуть вони побудувати власну цивілізацію? Це буде чужий нам розум чи продовження нашого власного? Що буде, якщо десь зустрінуться машини, створені двома геть різними біологічними видами? Чи не знайдуть вони більше спільного, ніж знайшли б їхні творці?
На всі ці запитання відповідей немає. Але шукати їх надзвичайно цікаво.
