Under 1940-talet utvecklade den ungerska-amerikanska forskaren John von Neumann en matematisk teori för hur maskiner oändligt kunde reproducera sig själva. Detta arbete gav upphov till idén om "von Neumann sonder", en klass av självreplikerande interstellära sönder (SRP) som skulle kunna användas för att göra allt från att utforska universum till sådd med liv och ingripa i artsutveckling.
Vissa har naturligtvis föreslagit att detta är en fokuserad SETI-forskning, som skulle innebära att leta efter tecken på självreplikerande rymdskepp i vår galax. Men som alltid är fallet med förslag som dessa, återger Fermi-paradoxen sig så småningom genom att ställa den åldriga frågan - "Var är alla?" Om det finns främmande civilisationer där ute, varför har vi inte hittat några bevis på deras SRP?
Enligt en Duncan H. Forgan, en forskare vid University of St. Andrews 'Center for Exoplanet Science i Storbritannien, kan svaret vara att dessa sönder i slutändan delas in i rovdjurssonder (alias beserkers) och slutar förstöra sig själva. Forgan presenterade detta argument i en studie, med titeln ”Predator-Prey Behavior in Self-Replicating Interstellar Probes”, som nyligen dök upp i förtryck online.
Idén om självutbytande maskiner är en tidshöjd, med referenser från 1600-talsfilosofen René Descartes. Enligt en populär anekdot relaterade Descartes till Drottning Christina av Sverige att människokroppen i huvudsak var en maskin. Drottningen pekade sedan påstås på en närliggande klocka och beordrade Descartes, "se till att den reproducerar avkomma."
Det var emellertid John von Neumann som först föreslog en konceptuell ram för en kinematisk maskin som skulle kunna självreplicera sig själv. Under en serie föreläsningar som han höll 1948 och 1949 delade han sitt koncept för en maskin som använde ett lager av reservdelar för att bygga identiska maskiner baserade på ett program lagrat i ett minnesband.
När det var klart, skulle monteraren kopiera innehållet på dess minnetband till innehållet i duplikatet, som sedan började bygga en annan maskin baserad på samma identiska design. Dessa idéer skulle senare populariseras i en artikel som dök upp i ett nummer av 1955 Scientific American, med titeln "Man betraktas som en maskin" (skriven av en annan berömd ungersk-amerikansk forskare, John G. Kemeny).
Von Neumann fördjupade senare detta förslag genom att utveckla en modell för en självreplikator baserad på automater som fungerade på cellnivå och replikerade sig exponentiellt och oändligt. Richard Feynman skulle utvidga denna idé med sin föreläsning vid American Physical Society (APS) -mötet på Caltech 1959, "There's Plenty of Room at the Bottom".
Denna föreläsning skulle inspirera Eric K. Drexler (ofta kallad ”nanoteknologins far”) att föreslå sin idé för molekylära sammansättare i sin berömda bok från 1986 Skapningsmotorer: Nanoteknologins kommande era. Dessa och andra studier indikerade att oändliga självreplikerande maskiner var en möjlighet, vilket naturligtvis gav upphov till idén att en avancerad utomjordisk intelligens (ETI) redan kan ha gjort det.
Det är här frågan om SRP: er och Fermi-paradoxen spelar in. Som Dr. Forgan förklarade till Space Magazine via e-post:
”Huvudinstrumentet är att om SRP: er kan göras, borde de kunna utforska galaxen på cirka 10-100 miljoner år. Detta är mycket kortare än jordens ålder, så att allt är lika, om SRP: er kan göras, är chansen att galaxen skulle ha utforskats många många gånger, och en sond borde vara i solsystemet just nu. Men vi ser inte en! Så varför ser vi inte tecken på SRP: er?
En giltig fråga verkligen och en som vissa forskare trodde behandlades när ‘Oumuamua seglade genom vårt solsystem. Efter att ha analyserat sitt konstiga beteende vågade Shmuel Bialy och professor Abraham Loeb från Harvard-Smithsonian Institute for Theoretical Computation (ITC) berömt att 'Oumuamua kan vara ett solsegel eller resterna av en interstellär sond.
Tyvärr indikerade efterföljande analys att detta mystiska objekt troligen var fragmentet av en sönderdelad komet. Även om en källa till besvikelse för många var sättet "Oumuamua inspirerade så mycket på vägen för forskning var imponerande. Det framhöll också hur svår sökandet efter bevis på ETI är. Därför varför teorin som Forgan testade är så tilltalande.
Kan det vara så att vi inte ser bevis på ETI eftersom bevisen aktivt tar bort sig själv (åtminstone vad gäller SRP: er)? För att testa denna teori använde Dr. Forgan modeller baserade på Lotka-Volterra-ekvationer (alias rovdjur-bytesekvationer) på en teoretisk population av SRP: er. Dessa ekvationer används vanligtvis för att beskriva dynamiken i biologiska system där två arter interagerar.
I detta fall återjämnades ekvationerna för att beskriva vad som skulle hända om några av dessa sonder började köras amok och börja konsumera sina egna. Som Forgan förklarade det:
”En lösning på bristen på SRP är att SRP: er muterar när de reproducerar sig och utvecklas till flera arter. Om en art tar på andra sönder kan den totala populationen minskas och undersökningsinsatsen kan misslyckas. Jag undersökte den här lösningen med hjälp av klassiska rovdjur-byte ekologiska modeller, som aldrig har använts i en interstellär skala tidigare. Detta är lite som att studera ekologin på flera öar, med rovdjur och rov är fåglar som kan flyga till närliggande öar. ”
Lyckligtvis (eller tyvärr, beroende på din synvinkel), indikerade resultaten av Forgan's simuleringar att om vissa SRP: er inte fungerade och började bete sig som beserkerprober, att den totala befolkningen inte skulle påverkas drastiskt. Kort sagt skulle "bytesproberna" hitta sätt att överleva, till stor del tack vare deras förmåga att reproducera.
"Jag fann att den totala sondpopulationen kan hålla sig mycket hög, även med rovdjur närvarande," sade han. "Det verkade vara sant oavsett antaganden som jag gjorde om hur" hungriga "rovdjuren var, eller hur sonderna rörde sig om galaxen."
Naturligtvis har dessa resultat betydande konsekvenser för SRP-hypotesen och hur den hänför sig till Fermi-paradoxen. Och som nämnts kan de ses som både goda nyheter och dåliga. Å ena sidan räddar det idén att det kan finnas främmande sonder där ute för oss att hitta. Å andra sidan väcker det frågan om varför vi inte har hittat något, vilket påpekar den irriterande Fermi-paradoxen. Eller som Forgan uttryckte det:
”För mig gör detta SRP-argumentet starkare än någonsin. Det gör en möjlig lösning (Predator-Prey-lösningen) mycket mindre genomförbar som ett sätt att avlägsna SRP från mjölkvägen. Vi måste tänka ännu hårdare på varför vi inte ser några tecken på intelligent liv bortom jorden. "
För bättre eller sämre gäller Fermi-paradoxen fortfarande. För många SETI-forskare och entusiaster hänger mycket hopp om utbyggnaden av nästa generations rymdteleskop under de kommande åren. Dessa inkluderar den efterlängtade James Webb rymdteleskop (JWST) och Infrarött rymdteleskop med bred fält (WFIRST), de andliga och vetenskapliga efterträdarna till Hubble, Kepler, Spitzer, och andra.
Det finns också markbaserade matriser som Extremt stort teleskop (ELT), den Trettio meter teleskop (TMT) och Giant Magellan Telescope (GMT) som kommer att påbörja verksamheten fram till 2020-talet. Med den förbättrade känsligheten och upplösningen av dessa instrument förväntar sig forskare att lära sig mycket mer om universum och de många exoplaneter som finns i den lokala galaxen.
Och medan vi fortsätter att söka efter tecken på utomjordisk intelligens med hjälp av dessa förbättrade instrument, kan vi alltid försäkra oss om att universum är en riktigt riktigt stor plats. Som den sena, stora Carl Sagan sade berömt - "Om vi är ensamma i universum, verkar det säkert som ett hemskt slöseri med rymden."
Eller, om du föredrar ett mer skarpt och tvetydigt tag på saker, är det bra att komma ihåg den sena (och lika stora) ordet C. C. Clarke - ”Det finns två möjligheter: antingen är vi ensamma i universum eller så är vi inte . Båda är lika skrämmande. ”
För allt vi vet kanske det inte finns någon brist på ETI: er ute och kanske vi inte ska ha bråttom att möta dem. För allt vi vet är de oerhört avancerade och inte rädda för att slå över några myror! Eller det är möjligt att de inte har bråttom att träffa oss; och med tanke på vår meritlista, vem kan skylla på dem?
Under tiden fortsätter sökningen! Och se till att kolla in den här informativa TED-Ed-videon om von Neumann-sonder:
