…Я смотрел на эти самые небеса,

И исследовал их необъятность…

Из многих вкладов фон Неймана в науку (частичный список можно найти в Решении 1), возможно, наиболее важными были в теории вычислений. Он заинтересовался вычислениями в Лос-Аламосе, где отвечал за расчеты, необходимые для проектирования бомбы. Для помощи команде фон Неймана в ее задачах были разработаны примитивные вычислительные машины; после войны фон Нейман обратил свой взор на то, что требовалось от более универсальных вычислительных машин. Его размышления привели ко многим фундаментальным принципам практических вычислений, и большинство современных компьютеров, основанных на общей логической схеме и режиме работы, которые он отстаивал, известны как машины фон Неймана.

Рис. 4.9 Джон фон Нейман (справа) в беседе со Станиславом Уламом (слева) и Ричардом Фейнманом. Все трое сыграли важную роль в разработке компьютеров, использовавшихся в Лос-Аламосе. (Источник: Американский институт физики, Визуальные архивы Эмилио Сегре)

Вопросы, связанные с проектированием универсальной вычислительной машины, привели фон Неймана к еще большему вопросу: что такое жизнь? В качестве шага к ответу на него он разработал идею самовоспроизводящегося автомата, устройства, которое могло бы (а) функционировать в мире и (б) создавать свои копии. (Такое устройство также иногда называют «машиной фон Неймана», но это приводит к путанице с машиной фон Неймана — архитектурой в основе современных компьютеров. Я буду использовать термин «самовоспроизводящийся автомат», когда буду ссылаться на это гипотетическое устройство.) В схеме фон Неймана автомат имеет две логически различные части. Во-первых, у него есть конструктор, который манипулирует материей в своей среде для выполнения задач. Универсальный конструктор способен создавать все что угодно, включая создание единиц, которые он затем может использовать для сборки своей копии, при наличии соответствующих инструкций. Во-вторых, у него есть программа, хранящаяся в своего рода банке памяти, которая содержит инструкции, необходимые конструктору.

Автомат может воспроизвести себя следующим образом. Программа сначала приказывает конструктору сделать копию инструкций программы и поместить копию в держатель. Затем она приказывает конструктору сделать свою копию с чистым банком памяти. Наконец, она приказывает конструктору переместить копию программы из держателя в банк памяти. Результатом является воспроизведение исходного устройства. Воспроизведенное устройство может функционировать в той же среде, что и оригинал, и само способно к самовоспроизведению.

Конечно, фон Нейман не мог дать явных деталей того, как построить самовоспроизводящийся автомат. (Даже сегодня мы далеки от возможности построить такое устройство, хотя кажущееся сближение нескольких технологий предполагает, что мы сможем сделать это через несколько десятилетий. Когда я писал первое издание этой книги, понятие «3D-принтер» было фантастическим. Чуть более десяти лет спустя магазины 3D-печати появились на главных улицах. Другие релевантные технологии развиваются так же быстро.) Но фон Нейман не интересовался точными инженерными деталями конкретных механизмов; скорее, его интересовали логические основы самовоспроизводящихся систем. В лекции, впервые прочитанной в 1948 году, он обсудил актуальность самовоспроизводящихся автоматов для вопроса о жизни. Он утверждал, что живая клетка, когда она воспроизводится, должна следовать тем же основным операциям, что и самовоспроизводящийся автомат. В живых клетках должен быть конструктор и должна быть программа. Он был прав. Теперь мы знаем, что нуклеиновые кислоты играют роль программы, а белки — роль конструктора. Все мы — самовоспроизводящиеся автоматы. (Мы обсудим функцию нуклеиновых кислот и белков позже; см. Решение 64.) Однако здесь нас беспокоит не то, что самовоспроизводящиеся автоматы фон Неймана могут рассказать нам о жизни. Скорее, вопрос в том, могут ли ВЦ использовать такие автоматы для распространения по Галактике.

Еще в 1980 году Роберт Фрейтас[156] набросал контуры самовоспроизводящегося межзвездного зонда, а Фрэнк Типлер обсудил актуальность самовоспроизводящихся автоматов для галактических исследований. Основная идея заключается в том, что ВЦ может распространиться по всей Галактике, запустив самовоспроизводящиеся зонды Брейсвелла–фон Неймана. (Эти устройства обычно называют просто зондами фон Неймана в литературе. Однако, насколько мне известно, фон Нейман никогда не рассматривал зонды в контексте межзвездных путешествий. Первым человеком, предложившим,[157] что зонды могут быть полезны для межзвездной связи, был Рональд Брейсвелл. Хотя зонд Брейсвелла не обязательно должен быть самовоспроизводящимся автоматом, добавление возможности самовоспроизведения к такому зонду значительно повышает его эффективность. Кажется разумным называть эти устройства зондами Брейсвелла-фон Неймана.)

Зонд не обязательно должен быть единым устройством (действительно, лучше рассматривать его как совокупность различных устройств, которые вместе обладают общей способностью к воспроизводству), но он не обязательно должен быть огромной машиной. В сценарии, набросанном Типлером, зонд Брейсвелла-фон Неймана может быть небольшим: полезная нагрузка может быть не чем иным, как самовоспроизводящимся автоматом — с универсальным конструктором и интеллектуальной программой — и базовой двигательной установкой для использования в целевой системе. После прибытия к целевой звезде программа инструктирует зонд найти подходящий материал, с помощью которого он сможет воспроизвести себя и сделать копии двигательной установки. Если бы планетная система напоминала нашу собственную, то для конструктора было бы много сырья: астероиды, кометы, планеты и пыль можно было бы раздробить и использовать. При необходимости радиосигналы с родной планеты могли бы отправлять исправления в программу, так что программное обеспечение зонда никогда не устареет. Вскоре после прибытия появится множество зондов, каждый из которых будет выполнять некоторую заранее запрограммированную задачу. Некоторые могли бы исследовать планетную систему, отправляя научные данные на родной мир. Некоторые могли бы построить подходящую среду обитания для последующей колонизации родным видом. Некоторые могли бы даже вырастить представителей исходного вида из замороженных эмбрионов, хранящихся в качестве части полезной нагрузки (или они могли бы восстановить целую биосистему из программ, передаваемых с родного мира). А некоторые двинулись бы к другой звезде, где процесс повторялся бы до тех пор, пока каждая звезда в Галактике не была бы посещена.

Типлер утверждал, что если зонды будут перемещаться между звездами с довольно солидной скоростью c/40, и если распространение зондов будет направленным, а не случайным, то волна колонизации может прокатиться по Галактике примерно за 4 миллиона лет — период, который соответствует всего 2 часам 33 минутам Вселенского Года. Как и следовало ожидать, это время намного короче времени колонизации в моделях Ньюмана-Сагана, Фогга, Бьорка и Котты-Моралеса. Зондам не нужно оставаться в планетной системе и ждать инструкций от колонистов о том, как действовать: у них уже есть свои инструкции. Время галактической колонизации коротко, потому что процесс планируется как эффективный. Первоначальный анализ Типлера был, возможно, чрезмерно оптимистичным, но ряд более поздних исследований,[158] кажется, подтверждают основной результат: самовоспроизводящиеся зонды, путешествующие с довольно малой долей скорости света, могут колонизировать Галактику за 5–10 миллионов лет.

Колонизация с помощью зондов не только быстра, но и дешева. Большинство рассмотренных ранее моделей неявно предполагали, что планетные системы будут исследоваться и колонизироваться живыми существами — дорогостоящее занятие, поскольку полезная нагрузка должна содержать пищу, воду, системы жизнеобеспечения и так далее. У зондов этой проблемы нет. Внеземной цивилизации необходимо сконструировать первые несколько зондов и отправить их, но после этого Природа берет на себя расходы по предоставлению сырья для продолжения процесса.

Можно ли когда-нибудь построить такой зонд? В принципе, это возможно. Космический корабль, содержащий достаточное количество человеческих пар, соответствующие системы жизнеобеспечения, сохраненные знания в виде больших баз данных и сложную бортовую фабрику, представлял бы собой зонд Брейсвелла-фон Неймана. Это было бы непрактично, конечно: упомянутые выше экономические выгоды исчезли бы из-за необходимости кормить, укрывать и развлекать пассажиров-людей. Однако в принципе это сработало бы: система могла бы воспроизводить себя и продолжать процесс исследования. Хитрость в создании более практичного зонда Брейсвелла-фон Неймана заключалась бы в замене людей какой-либо формой искусственного интеллекта. Безусловно, существуют значительные технические и инженерные препятствия, которые необходимо преодолеть, но это тот тип технологии, который человечеству придется разработать, если мы хотим исследовать и осваивать, например, Пояс астероидов или Облако Оорта. И если в ближайшие несколько столетий мы сможем использовать зонды для межпланетных исследований и освоения,[159] то, несомненно, технологическая цивилизация, опережающая нас на тысячи или миллионы лет, могла бы разработать межзвездные зонды. Кажется, нет никаких фундаментальных причин, почему они не могли бы.

Колонизация Галактики с помощью зондов технологически возможна; она быстра; и она дешева. Даже если целью является контакт, а не колонизация, Брейсвелл показал, что существуют обстоятельства, при которых зонды более эффективны, чем радиосигналы. Так что, как спросил бы Ферми: где зонды?

Мы затронули этот вопрос в главе 3, когда обсуждали возможное использование зондов в направленной панспермии и когда рассматривали места, где мог бы спрятаться зонд-наблюдатель. Но такие зонды не относятся к типу Брейсвелла-фон Неймана, то есть к зондам, способным разбирать планеты, осуществлять проекты астроинженерии и колонизировать Галактику за космологическое мгновение ока. Хотя мы не можем исключить существование зондов-наблюдателей в Солнечной системе прямо сейчас, мы бы наверняка заметили, если бы самовоспроизводящийся зонд, нацеленный на колонизацию, посетил Солнечную систему. Нет никаких свидетельств такой деятельности и в других местах Галактики.

Даже если бы у ВЦ была возможность создавать зонды Брейсвелла-фон Неймана, обязательно ли она решила бы использовать эту технологию? В конце концов, это не совсем безрисковая технология.[160] Зонды размножаются, как живые существа, а не копируются, как кристаллы, поэтому неизбежно будут ошибки воспроизведения. Будут мутации. Зонды будут эволюционировать, так же, как эволюционируют биологические существа. Галактика вскоре могла бы стать домом для разных «видов» зондов, каждый со своим пониманием своих целей. Существовал бы риск, например, возвращения зонда в родную систему и неузнавания ее — плохая новость для ВЦ, если приказ зонда — разбирать планеты и использовать материал для постройки чего-то другого. Но является ли это риском, от которого отказывается каждая ВЦ, проблемой, которую не может решить каждая ВЦ? Мое чутье подсказывает, что любая цивилизация, достаточно развитая, чтобы создать эффективный зонд Брейсвелла-фон Неймана, обладала бы технологической смекалкой, чтобы ввести необходимые меры безопасности.

Поскольку колонизация Галактики с помощью зондов кажется простой, по крайней мере, на бумаге, некоторые авторы утверждают, что существует неизбежная мотивация для ВЦ заниматься колонизацией: если мы этого не сделаем, это сделает какой-то другой вид. Другими словами, застолбите свои права пораньше. (Такого рода аргумент мог бы понравиться фон Нейману, который был ярым сторонником превентивного ядерного удара. В интервью репортеру журнала Time фон Нейман сказал: «Если вы говорите, почему бы не разбомбить их завтра, я говорю, почему бы не сегодня? Если вы говорите в пять часов, я говорю в час». Мы должны быть благодарны, что в 1950-х и 1960-х годах возобладали более мудрые советы, чем у фон Неймана.) Возможно, Чиркович прав, и мы можем надеяться, что разумные виды разовьются до стадии, когда у них не будет стремления владеть каждой звездой, населять каждую планету и заселять свою галактику существами, точно такими же, как они сами. Тем не менее, достаточно одной ВЦ, чтобы рассудить, что не стоит рисковать потерей всей этой недвижимости… Действительно, технология зондов кажется настолько простой, по крайней мере, на бумаге, что нам не нужно думать о целых цивилизациях, занимающихся колонизацией. Возможно, подгруппы действительно продвинутой ВЦ имели бы возможность колонизировать галактику. Почему одна из этих подгрупп не попыталась колонизировать нашу Галактику, или распространить свою конкретную религию, или просто распространиться, чтобы минимизировать экзистенциальные риски?

Обсуждение зондов Брейсвелла-фон Неймана имеет отношение к любому обсуждению парадокса Ферми, но вы можете спросить, почему я представляю его в части книги, посвященной решениям парадокса. Что ж, удивительное количество людей, похоже, верит, что технология зондов действительно разрешает парадокс. Они утверждают, что мы не видим инопланетян, потому что они скорее отправят зонды, чем сами будут путешествовать на межзвездные расстояния. Конечно, это совершенно упускает суть. Вопрос Ферми относится либо к инопланетянам, либо к продукту инопланетных технологий. В конце концов, если бы мы обнаружили в космосе объект, который был явно искусственным, но не сделанным нами, то мы могли бы сделать вывод о существовании цивилизации, которая сконструировала этот объект. Мы не видим никаких свидетельств ни инопланетян, ни их зондов. Возможность существования зондов Брейсвелла-фон Неймана далеко не разрешает парадокс, а делает вопрос Ферми еще более интригующим. Действительно, недавние работы значительно обострили парадокс:[161] Стюарт Армстронг и Андерс Сандберг, исследователи из Оксфордского университета, показали, что ВЦ, способная колонизировать галактику, используя зонды Брейсвелла-фон Неймана, обладает способностью колонизировать доступную вселенную! Если разумные, технологически развитые цивилизации возникли миллиард лет назад, и если они развили способность отправлять зонды, путешествующие со скоростью 0,8c, то представители более чем миллиона галактик могли бы достичь нас к настоящему времени. Рассматривая вопрос Ферми, мы должны учитывать не только галактику Млечный Путь, но и всех наших соседей. Зонды Брейсвелла-фон Неймана придают парадоксу настоящую остроту.