Under 1940-talet utvecklade den ungersk-amerikanske vetenskapsmannen John von Neumann en matematisk teori för hur maskiner oändligt kunde reproducera sig själva. Detta arbete gav upphov till idén om ' von Neumann sonderar ', en klass av självreplikerande interstellära sonder (SRP) som kan användas för att göra allt från att utforska universum till att så det med liv och ingripa i arternas evolution.
Vissa har naturligtvis föreslagit att detta är ett fokus för SETI-forskning, vilket skulle innebära att leta efter tecken på självreplikerande rymdskepp i vår galax. Men som alltid är fallet med förslag som dessa Fermi paradox återhämtar sig så småningom genom att ställa den urgamla frågan - 'Var är alla?' Om det finns främmande civilisationer där ute, varför har vi inte hittat några bevis på deras SRP?
Enligt Duncan H. Forgan, en forskare vid University of St. Andrews Centrum för exoplanetvetenskap i Storbritannien kan svaret vara att dessa sonder så småningom övergår till rovdjurssonder (aka. berserkar) och slutar med att de förstör sig själva. Forgan presenterade detta argument i en studie, med titeln ' Predator-bytesbeteende i självreplikerande interstellära sonder ', som nyligen dök upp i pre-print online.
Idén med själversättande maskiner är en hedrad sådan, med referenser som går tillbaka till 1600-talsfilosofen René Descartes. Enligt en populär anekdot berättade Descartes om drottning Christina av Sverige att människokroppen i grunden var en maskin. Drottningen pekade sedan på en närliggande klocka och beordrade Descartes, 'se till att den reproducerar avkomma.'
Det var dock John von Neumann som först föreslog ett konceptuellt ramverk för en kinematisk maskin som skulle kunna replikera sig själv. Under en serie föreläsningar han höll 1948 och 1949 delade han med sig av sitt koncept för en maskin som använde ett lager med reservdelar för att bygga identiska maskiner baserade på ett program lagrat i ett minnesband.
När det var färdigt skulle assembleraren kopiera innehållet på sitt minnestejp till det i duplikatet, som sedan skulle börja bygga en annan maskin baserad på samma identiska design. Dessa idéer skulle senare populariseras i en artikel som dök upp i ett nummer 1955 avScientific American,med titeln ' Människan ses som en maskin ” (skriven av en annan berömd ungersk-amerikansk vetenskapsman, John G. Kemeny).
Von Neumann skulle senare förfina detta förslag genom att utveckla en modell för en självreplikator baserad på automater som fungerade på cellnivå och replikerar sig själva exponentiellt och oändligt. Richard Feynman skulle utvidga denna idé med sin föreläsning på American Physical Society (APS) möte på Caltech 1959, ' Det finns gott om plats i botten '.
Denna föreläsning skulle inspirera Eric K. Drexler (ofta kallad 'nanoteknikens fader') att föreslå sin idé för molekylära assemblerare i sin berömda bok från 1986 Engines of Creation: Nanoteknikens kommande era . Dessa och andra studier indikerade att oändligt självreplikerande maskiner var en möjlighet, vilket naturligtvis gav upphov till föreställningen att en avancerad utomjordisk intelligens (ETI) kanske redan har gjort det.
Det är här frågan om SRP och Fermi Paradox kommer in i bilden. Som Dr Forgan förklarade för Universe Today via e-post:
'Huvudsträvan är att om SRP kan göras, så borde de kunna utforska galaxen om cirka 10-100 miljoner år. Detta är mycket kortare än jordens ålder, så allt annat lika, om SRP:er kan göras, är chansen stor att galaxen skulle ha utforskats fullt ut många många gånger, och en sond borde vara i solsystemet just nu. Men vi ser ingen! Så varför ser vi inga tecken på SRP?
En giltig fråga, och en som vissa forskare trodde togs upp när 'Oumuamua seglade genom vårt solsystem. Efter att ha analyserat dess konstiga beteende, Shmuel Bialy och professor Abraham Loeb från Harvard-Smithsonian Institutet för teoretisk beräkning (ITC) vågade väl att 'Oumuamua kan vara en solsegel eller resterna av en interstellär sond .
Tyvärr visade efterföljande analyser att detta mystiska föremål med största sannolikhet var det fragment av en sönderfallande komet . Även om det var en källa till besvikelse för många, var sättet 'Oumuamua inspirerade så mycket i forskningens sätt på imponerande. Det visade också hur svårt det är att söka efter bevis på ETI. Därför är teorin som Forgan testade så tilltalande.
Kan det vara så att vi inte ser bevis på ETI eftersom bevisen aktivt tar bort sig själv (åtminstone vad gäller SRP)? För att testa denna teori tillämpade Dr Forgan modeller baserade på Lotka-Volterra-ekvationer (alias predator-prey-ekvationer) på en teoretisk population av SRP. Dessa ekvationer används vanligtvis för att beskriva dynamiken i biologiska system där två arter interagerar.
I det här fallet användes ekvationerna på nytt för att beskriva vad som skulle hända om några av dessa sonder började gå amok och börja konsumera sina egna. Som Forgan förklarade det:
'En lösning på bristen på SRP är att SRP muterar när de reproducerar sig och utvecklas till flera arter. Om en art förgriper sig på andra sonder kan den totala populationen minska och prospekteringsansträngningen kan misslyckas. Jag undersökte den här lösningen med hjälp av klassiska ekologiska modeller för rovdjur och bytesdjur, som aldrig tidigare har applicerats på en interstellär skala. Det här är lite som att studera ekologin på flera öar, där rovdjuren och byten är fåglar som kan flyga till närliggande öar.”
Lyckligtvis (eller tyvärr, beroende på din synvinkel), visade resultaten av Forgans simuleringar att om vissa SRP:er inte fungerade och började bete sig som berserkersonder, skulle den totala befolkningen inte påverkas drastiskt. Kort sagt, 'byte'-sonderna skulle hitta sätt att överleva, till stor del tack vare deras förmåga att fortplanta sig.
'Jag fann att den totala sondpopulationen kan förbli väldigt hög, även med rovdjur närvarande,' sa han. 'Detta verkade vara sant oavsett de antaganden jag gjorde om hur 'hungriga' rovdjuren var, eller hur sonderna rörde sig i galaxen.'
Naturligtvis har dessa fynd betydande implikationer för SRP-hypotesen och hur den relaterar till Fermi-paradoxen. Och som nämnts kan de ses som både goda och dåliga nyheter. Å ena sidan räddar det tanken att det kan finnas främmande sonder där ute för oss att hitta. Å andra sidan väcker det frågan om varför vi inte har hittat några, vilket återupprättar 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 ta bort SRP från Vintergatan. Vi kommer att behöva tänka ännu hårdare på varför vi inte ser några tecken på intelligent liv bortom jorden.'
På gott och ont, Fermi Paradox gäller fortfarande. För många SETI-forskare och entusiaster beror mycket hopp på utplaceringen av nästa generations rymdteleskop under de kommande åren. Dessa inkluderar de efterlängtade James Webb rymdteleskop (JWST) och Wide-Field infrarött rymdteleskop (WFIRST), de andliga och vetenskapliga efterföljarna tillHubble, Kepler, Spitzer, och andra.
Det finns också markbaserade arrayer som Extremt stort teleskop (ELT), den Trettio meter teleskop (TMT), och Jätte Magellan-teleskopet (GMT) som kommer att inledas senast 2020-talet. Med den förbättrade känsligheten och upplösningen hos dessa instrument förväntar sig forskarna att lära sig mycket mer om universum och de många exoplaneter som finns i den lokala galaxen.
NASA:s Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) kommer att ta bilder av Hubble-kvalitet som täcker himmelsträckor som är 100 gånger större än vad Hubble gör. Kredit: NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
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 sene, store Carl Sagan sa berömt – 'Om vi är ensamma i universum verkar det verkligen vara ett fruktansvärt slöseri med utrymme.'
Eller, om du föredrar en mer skarp och tvetydig syn på saker och ting, är det bra att komma ihåg den sena (och lika stora) Arthur C. Clarkes ord – 'Två möjligheter finns: 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 där ute, och vi borde kanske inte ha bråttom att träffa dem. För allt vi vet är de otroligt avancerade och inte rädda för att välta några myrstackar! Eller så är det möjligt att de inte har bråttom att träffa oss; och med tanke på vår meritlista, vem kan skylla på dem?
Under tiden fortsätter sökandet! Och se till att kolla in den här informativa TED-Ed-videon om von Neumann-sonder: