Οι μηχανές του von Neumann. Von Neumann Machines

A von Neumann machine able to move over interstellar or interplanetary distances and to utilize local materials to build new copies of itself. Von Neumann probes are named after the Hungarian-born American mathematician John von Neumann who, among many other achievements, was the first to develop a mathematical theory of machines that can make exact copies of themselves.

Η είδηση της κατασκευής μιας βάσης στη Σελήνη από τρισδιάστατο εκτυπωτή – ρομπότ, με την χρήση σεληνιακών υλικών,  θύμισε σε κάποιους τις μηχανές του von Neumann – αν και είμαστε ακόμα πολύ μακριά από την κατασκευή τους. Ευκαιρία λοιπόν να δούμε τι ακριβώς είναι οι μηχανές von Neumann.

John von Neumann with the stored-program computer at the Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey, in 1945. Photograph: Getty

Ο John von Neumann ήταν ένας από τους μεγαλύτερους μαθηματικούς του 20ου αιώνα. Ουγγρικής καταγωγής, μετανάστευσε κατά τη δεκαετία του 1930 στις ΗΠΑ, όπου έπαιξε κορυφαίο ρόλο στην κατασκευή του πρώτου υπολογιστή και της πρώτης ατομικής βόμβας.

Αυτοαναπαραγόμενες μηχανές. A simple form of machine self-replication.

Το 1951 επινόησε ένα σημαντικό μαθηματικό μοντέλο που έδειχνε ότι είναι δυνατόν να κατασκευαστεί μια πολύπλοκη μηχανή, ικανή να παράγει ακριβές αντίγραφο του εαυτού της. Αυτή η αυτοαναπαραγόμενη μηχανή θα αποτελούνταν ουσιαστικά από δυο μέρη: τον «κατασκευαστή» και το «πρόγραμμα κατασκευής». Ο κατασκευαστής είναι μια μηχανή ικανή να μετατρέπει την πρώτη ύλη στη μορφή που του υπαγορεύουν οι οδηγίες του προγράμματος· αν είναι σε θέση να κατασκευάζει τα πάντα, τότε ονομάζεται «καθολικός κατασκευαστής». Το πρόγραμμα περιέχει όλες τις απαραίτητες οδηγίες για την κατασκευή ενός τέλειου αντιγράφου της μηχανής. Σε πρώτη φάση, ο κατασκευαστής κατασκευάζει ένα τέλειο αντίγραφο του εαυτού του (μια «ανόητη» μηχανή) ενώ, στη συνέχεια, ακολουθώντας πάντοτε τις οδηγίες, του προσθέτει ένα τέλειο αντίγραφο του προγράμματος κατασκευής. Το αποτέλεσμα είναι το ίδιο με την πρωτότυπη μηχανή και μπορεί, με τη σειρά του, να αυτοαναπαραχθεί (υπό την προϋπόθεση να βρει στο περιβάλλον του τα απαραίτητα υλικά).

The quantum von Neumann machine (image of the real device): Two superconducting qubits (enclosed in the two central squares) are coupled through a quantum bus (center meander line). Quantum information can be stored in two quantum memories (two lateral meander lines). A zeroing register is included in the two central squares. Photo credit: Erik Lucero

Η μηχανή του von Neumann αποτελεί σήμερα εντελώς θεωρητική σύλληψη. Δεν ξέρουμε πώς να την κατασκευάσουμε και, πιθανότατα, δεν θα το μάθουμε πριν περάσουν μερικοί αιώνες. Το μόνο βέβαιο είναι ότι η πολυπλοκότητά της ξεπερνά κατά πολύ την πολυπλοκότητα ενός ιού που βρίσκεται στα όρια μεταξύ ζωντανής και αδρανούς ύλης. Ο ιός χρησιμοποιεί μερικά κύτταρα του οργανισμού – ξενιστή, κάτι που διευκολύνει το έργο της αναπαραγωγής του. Αντίθετα , η μηχανή του von Neumann θα πρέπει να κατασκευάσει όλα τα μέρη των θυγατρικών της ρομπότ, από το Α ως το Ω. Σύμφωνα με ορισμένους υπολογισμούς, το πρόγραμμα αναπαραγωγής της θα πρέπει να περιέχει πολλές δεκάδες εκατομμύρια οδηγίες. Όσο για το βάρος της νανοτεχνολογίας και της μοριακής μηχανικής θα επιτρέψει, οπωσδήποτε, πολύ ελαφρότερες κατασκευές.

Ο Frank Tipler υποστήριξε ότι ένας τεχνολογικά προηγμένος πολιτισμός θα ήταν σε θέση να κατασκευάσει τέτοιες αυτοαναπαραγόμενες μηχανές και να τις χρησιμοποιήσει σε ένα μακροπρόθεσμο πρόγραμμα γαλαξιακού εποικισμού. Το εγχείρημα αυτό θα παρουσίαζε πολύ λιγότερες δυσκολίες από ένα αντίστοιχο επανδρωμένο πρόγραμμα, αφού οι μηχανές μπορούν να πραγματοποιούν διαστρικά ταξίδια χωρίς να χρειάζονται αναπνεύσιμη ατμόσφαιρα και τρόφιμα. Μόλις θα έφταναν στο αστρικό σύστημα προορισμού τους, θα χρησιμοποιούσαν τα υλικά των αστεροειδών για να κατασκευάσουν μερικά αντίγραφα του εαυτού τους, καθώς και ισάριθμα διαστρικά διαστημόπλοια. Από κάθε αστρικό σύστημα, μια ντουζίνα ρομπότ δεύτερης γενιάς θα ξεκινούσε για προορισμούς λίγο πιο μακρινούς, ενώ μετά την αναχώρησή τους τα «μητρικά» ρομπότ θα ασχολούνταν με τη λεπτομερή εξερεύνηση του αστρικού συστήματος και με τη μεταβίβαση των παρατηρήσεών τους στη Γη. Το κύμα των αυτοαναπαραγόμενων μηχανών θα εξαπλωνόταν σιγά – σιγά σε ολόκληρο τον Γαλαξία. Αν κάθε ρομπότ έστελνε στα γειτονικά συστήματα μόνο δυο αντίγραφα, έπειτα από τριάντα έξι μόλις «γενεές» θα υπήρχε ένα ρομπότ γύρω από κάθε ένα από τα εκατό δισεκατομμύρια άστρα του Γαλαξία μας. Τη στιγμή εκείνη θα έπρεπε να σταματήσει ο ραγδαίος πολλαπλασιασμός τους, διαφορετικά όλα τα μέταλλα του Γαλαξία θα βρίσκονταν, έπειτα από μερικές ακόμη γενεές, δεσμευμένα στο σώμα των ρομπότ. Για τον σκοπό αυτό, το πρόγραμμα (ο «γενετικός κώδικας») των ρομπότ θα πρέπει να περιέχει μια οδηγία, προγραμματισμένη από τους εμπνευστές του σχεδίου και μεταβιβαζόμενη από γενιά σε γενιά, που να διασφαλίζει τη στειρότητα της τριακοστής έβδομης γενιάς.

Ο απαραίτητος χρόνος για τον εποικισμό του Γαλαξία από τα ρομπότ εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα των διαστρικών διαστημοπλοίων που θα μεταφέρουν, διότι ο χρόνος κατασκευής των καινούργιων μηχανών θα είναι συγκριτικά ασήμαντος. με ταχύτητα 0,1c (ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός), ο χρόνος του εποικισμού θα μπορούσε να είναι «μόνον» μερικά εκατομμύρια χρόνια, ενώ για τα αργά διαστημόπλοια θα ήταν της τάξης των εκατό εκατομμυρίων ετών. Ύστερα από αυτό το χρονικό διάστημα, οι μακρινοί απόγονοι των εμπνευστών του προγράμματος στη Γη θα είχαν αποκτήσει πλήρη και λεπτομερή γνώση του Γαλαξία, χωρίς καν να έχουν βγει από το Ηλιακό Σύστημα. Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το κόστος του εγχειρήματος θα περιοριζόταν στα έξοδα κατασκευής και εκτόξευσης της πρώτης μόνο μηχανής!

ΠΗΓΗ: «Η περιπέτεια του μέλλοντος, Σενάρια για τις προοπτικές του ανθρώπου στο Σύμπαν», Νίκος Πράντζος, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης