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Nave espacial autorreplicante

El concepto de naves espaciales autorreplicantes , tal como lo imaginó el matemático John von Neumann , ha sido descrito por futurólogos y se ha discutido en una amplia gama de novelas e historias de ciencia ficción dura . Las sondas autorreplicantes a veces se denominan sondas von Neumann. Las naves espaciales autorreplicantes, de alguna manera, imitarían o reproducirían las características de los organismos vivos o los virus. [1]

Teoría

Von Neumann argumentó que la forma más efectiva de realizar operaciones mineras a gran escala, como la minería de una luna entera o un cinturón de asteroides , sería mediante naves espaciales autorreplicantes, aprovechando su crecimiento exponencial . [2] En teoría, una nave espacial autorreplicante podría ser enviada a un sistema planetario vecino, donde buscaría materias primas (extraídas de asteroides , lunas , gigantes gaseosos , etc.) para crear réplicas de sí misma. Estas réplicas luego se enviarían a otros sistemas planetarios. La sonda "madre" original podría entonces perseguir su propósito principal dentro del sistema estelar. Esta misión varía ampliamente dependiendo de la variante de nave espacial autorreplicante propuesta.

Teniendo en cuenta este patrón y su similitud con los patrones de reproducción de las bacterias, se ha señalado que las máquinas de von Neumann podrían considerarse una forma de vida. En su cuento "Lungfish" (véase Máquinas autorreplicantes en la ficción ), David Brin aborda esta idea, señalando que las máquinas autorreplicantes lanzadas por diferentes especies podrían en realidad competir entre sí (de manera darwinista ) por la materia prima, o incluso tener misiones conflictivas. Si hubiera suficiente variedad de "especies", podrían incluso formar un tipo de ecología o, si también tuvieran una forma de inteligencia artificial , una sociedad. Incluso podrían mutar a lo largo de incontables miles de "generaciones".

El primer análisis cuantitativo de ingeniería de una nave espacial de este tipo fue publicado en 1980 por Robert Freitas [2] , en el que se modificó el diseño no replicable del Proyecto Daedalus para incluir todos los subsistemas necesarios para la autorreplicación. La estrategia del diseño era utilizar la sonda para enviar una fábrica de "semillas" con una masa de aproximadamente 443 toneladas a un sitio distante, hacer que la fábrica de semillas produzca muchas copias de sí misma allí para aumentar su capacidad de fabricación total durante un período de 500 años y luego utilizar el complejo industrial automatizado resultante para construir más sondas con una sola fábrica de semillas a bordo cada una.

Se ha teorizado [3] que una nave espacial autorreplicante que utilice métodos teóricos relativamente convencionales de viaje interestelar (es decir, sin propulsión exótica más rápida que la luz y velocidades limitadas a una "velocidad de crucero promedio" de 0,1 c .) podría extenderse por una galaxia del tamaño de la Vía Láctea en tan solo medio millón de años.

Debate sobre la paradoja de Fermi

En 1981, Frank Tipler [4] planteó el argumento de que no existen inteligencias extraterrestres , basándose en el hecho de que no se han observado sondas de von Neumann. Dada una tasa de replicación incluso moderada y la historia de la galaxia, dichas sondas ya deberían ser comunes en todo el espacio y, por lo tanto, ya deberíamos haberlas encontrado. Como no es así, esto demuestra que no existen inteligencias extraterrestres. Se trata, por tanto, de una solución a la paradoja de Fermi , es decir, la cuestión de por qué no hemos encontrado ya inteligencia extraterrestre si es común en todo el universo.

Carl Sagan y William Newman respondieron [5] . Ahora conocida como la Respuesta de Sagan , [ cita requerida ] señalaba que, de hecho, Tipler había subestimado la tasa de replicación y que las sondas de von Neumann ya deberían haber comenzado a consumir la mayor parte de la masa de la galaxia. Por lo tanto, Sagan y Newman razonaron que cualquier raza inteligente no diseñaría sondas de von Neumann en primer lugar y trataría de destruir cualquier sonda de von Neumann que se encontrara tan pronto como fuera detectada. Como Robert Freitas [6] ha señalado, la capacidad asumida de las sondas de von Neumann descrita por ambos lados del debate es poco probable en la realidad, y es poco probable que se puedan observar sistemas que se reproduzcan de manera más modesta en sus efectos sobre nuestro sistema solar o la galaxia en su conjunto.

Otra objeción a la prevalencia de las sondas de von Neumann es que las civilizaciones que podrían crear tales dispositivos podrían tener una alta probabilidad de autodestrucción antes de ser capaces de producir tales máquinas. Esto podría suceder a través de eventos como la guerra biológica o nuclear , el nanoterrorismo , el agotamiento de los recursos , la catástrofe ecológica o las pandemias . Este obstáculo a la creación de sondas de von Neumann es un candidato potencial para el concepto de Gran Filtro .

Existen soluciones simples para evitar el escenario de sobre-replicación. Transmisores de radio u otros medios de comunicación inalámbrica podrían ser utilizados por sondas programadas para no replicarse más allá de una cierta densidad (como cinco sondas por parsec cúbico ) o un límite arbitrario (como diez millones en un siglo), análogo al límite de Hayflick en la reproducción celular. Un problema con esta defensa contra la replicación descontrolada es que sólo se requeriría que una sola sonda funcionara mal y comenzara la reproducción sin restricciones para que todo el enfoque fallara -esencialmente un cáncer tecnológico- a menos que cada sonda también tenga la capacidad de detectar tal mal funcionamiento en sus vecinas e implemente un protocolo de búsqueda y destrucción (lo que a su vez podría conducir a guerras espaciales entre sondas si las sondas defectuosas primero lograran multiplicarse en grandes cantidades antes de ser encontradas por las sólidas, que entonces podrían tener una programación para replicarse en cantidades coincidentes para así manejar la infestación). Otra solución alternativa se basa en la necesidad de calentar las naves espaciales durante los viajes interestelares largos. El uso de plutonio como fuente térmica limitaría la capacidad de autorreplicarse. La nave espacial no tendría programación para producir más plutonio incluso si encontrara las materias primas necesarias. Otra opción es programar la nave espacial con una comprensión clara de los peligros de la replicación sin control.

Aplicaciones para naves espaciales autorreplicantes

Los detalles de la misión de las naves espaciales autorreplicantes pueden variar ampliamente de una propuesta a otra, y el único rasgo común es la naturaleza autorreplicante.

Sondas de von Neumann

Una sonda de von Neumann es una nave espacial capaz de replicarse a sí misma. [2] Es una concatenación de dos conceptos: un constructor universal de von Neumann (máquina autorreplicante) y una sonda (un instrumento para explorar o examinar algo). [ cita requerida ] El concepto recibe su nombre del matemático y físico húngaro-estadounidense John von Neumann , quien estudió rigurosamente el concepto de máquinas autorreplicantes que llamó "ensambladores universales" y que a menudo se conocen como " máquinas de von Neumann ". [2] Se podría teorizar que tales construcciones comprenden cinco componentes básicos (las variaciones de esta plantilla podrían crear otras máquinas como las sondas Bracewell [ jerga ] ):

Andreas M. Hein y el autor de ciencia ficción Stephen Baxter propusieron distintos tipos de sondas von Neumann, denominadas "filósofo" y "fundador", donde el propósito de la primera es la exploración y el de la segunda la preparación de futuros asentamientos. [7] [ se necesita una mejor fuente ]

La Iniciativa de Estudios Interestelares ha propuesto un concepto a corto plazo de una sonda autorreplicante , [ aclaración necesaria ] que logra aproximadamente un 70% de autorreplicación, basándose en tecnologías actuales y a corto plazo. [8]

Si una sonda autorreplicante encuentra evidencia de vida primitiva (o de una cultura primitiva de bajo nivel), podría ser programada para permanecer inactiva, observar silenciosamente, intentar hacer contacto (esta variante se conoce como sonda Bracewell ), [ jerga ] o incluso interferir con la evolución de la vida o guiarla de alguna manera. [ cita requerida ]

El físico Paul Davies de la Universidad de Adelaida ha "planteado la posibilidad de que una sonda descanse en nuestra propia Luna ", habiendo llegado en algún momento de la prehistoria antigua de la Tierra y permanecido para monitorear la Tierra, un concepto que, según Michio Kaku , fue lo que Stanley Kubrick utilizó como base de su película, 2001: Una odisea del espacio (aunque el director cortó la escena del monolito relevante de la película). [9] El trabajo de Kubrick se basó en la historia de Arthur C. Clarke, " El centinela ", ampliada por la pareja en forma de novela que se convirtió en la base de la película [10] y, por lo tanto, el concepto de sonda/observatorio lunar de Davies también se considera reminiscente de Clarke. [ cita requerida ]

Una idea variante de la sonda interestelar de von Neumann es la del " Astrochicken ", propuesta por Freeman Dyson . [ cita requerida ] Si bien tiene los rasgos comunes de autorreplicación, exploración y comunicación con su "base de origen", Dyson concibió al Astrochicken para explorar y operar dentro de nuestro propio sistema planetario , y no para explorar el espacio interestelar. [ cita requerida ]

Anders Sandberg y Stuart Armstrong argumentaron que lanzar la colonización de todo el universo alcanzable a través de sondas autorreplicantes está dentro de las capacidades de una civilización que abarque estrellas, y propusieron un enfoque teórico para lograrlo en 32 años, extrayendo recursos del planeta Mercurio y construyendo un enjambre Dyson alrededor del Sol. [11]

Berserkers

Una variante de la nave estelar autorreplicante es el Berserker . A diferencia del concepto de sonda benigna, los Berserkers están programados para buscar y exterminar formas de vida y exoplanetas portadores de vida cuando los encuentran.

El nombre deriva de la serie de novelas Berserker de Fred Saberhagen , que describe una guerra entre la humanidad y esas máquinas. Saberhagen señala (a través de uno de sus personajes) que los buques de guerra Berserker de sus novelas no son máquinas de von Neumann en sí, sino que el complejo más grande de máquinas Berserker (incluidos los astilleros automatizados) constituyen una máquina de von Neumann. Esto vuelve a plantear el concepto de una ecología de máquinas de von Neumann, o incluso de una entidad colmena de von Neumann.

En la ficción se especula que los Berserkers podrían ser creados y lanzados por una civilización xenófoba (ver Anvil of Stars , de Greg Bear , en la sección En la ficción a continuación) o podrían teóricamente "mutar" a partir de una sonda más benigna. Por ejemplo, una nave de von Neumann diseñada para procesos de terraformación (minar la superficie de un planeta y ajustar su atmósfera a condiciones más amigables para los humanos) podría interpretarse como que ataca planetas previamente habitados, mata a sus habitantes en el proceso de cambiar el entorno planetario y luego se auto-replica para enviar más naves para "atacar" otros planetas.

Replicando naves sembradoras

Otra variante de la idea de la nave estelar autorreplicante es la de la nave sembradora. Estas naves espaciales podrían almacenar los patrones genéticos de las formas de vida de su mundo natal, tal vez incluso de la especie que las creó. Al encontrar un exoplaneta habitable , o incluso uno que pudiera ser terraformado , intentaría replicar dichas formas de vida, ya sea a partir de embriones almacenados o de información almacenada utilizando nanotecnología molecular para construir cigotos con información genética variable a partir de materias primas locales. [12]

Estas naves podrían ser naves terraformadoras, que prepararían mundos coloniales para su posterior colonización por otras naves, o –si se las programara para recrear, criar y educar a individuos de la especie que las creó– colonizadores autorreplicantes. Las naves sembradoras serían una alternativa adecuada a las naves generacionales como una forma de colonizar mundos demasiado distantes para viajar a ellos en una sola vida.

En la ficción

Sondas de von Neumann

Berserkers

Replicando naves sembradoras

Véase también

Referencias

  1. ^ Think, Big (18 de octubre de 2012). «Michio Kaku: una nano nave hacia las estrellas». Design World . Consultado el 25 de noviembre de 2022 .
  2. ^ abcd Freitas, Robert A. Jr. (1980). "Una sonda interestelar autorreproductora". Revista de la Sociedad Interplanetaria Británica . 33 : 251–264. Código Bibliográfico :1980JBIS...33..251F.
  3. ^ "Comparación de estrategias de sondas estelares reproductoras y no reproductoras para la exploración galáctica". www.rfreitas.com .
  4. ^ "Los seres extraterrestres no existen", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society , vol. 21, número 267 (1981)
  5. ^ Sagan, Carl y Newman, William: "El enfoque solipsista de la inteligencia extraterrestre", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society , vol. 24, número 113 (1983)
  6. ^ Freitas, Robert A. Jr. (noviembre de 1983). "Inteligencia extraterrestre en el sistema solar: resolución de la paradoja de Fermi". J. Br. Interplanet. Soc . 36 : 496–500. Código Bibliográfico :1983JBIS...36..496F.
  7. ^ Hein, Andreas M.; Baxter, Stephen (2018). "Inteligencia artificial para viajes interestelares". arXiv : 1811.06526 [physics.pop-ph].
  8. ^ Borgue, Olivia; Hein, Andreas M. (2021). "Sondas autorreplicantes a corto plazo: un diseño conceptual". Acta Astronautica . 187 . Elsevier BV: 546–556. arXiv : 2005.12303 . Código Bibliográfico :2021AcAau.187..546B. doi :10.1016/j.actaastro.2021.03.004. ISSN  0094-5765. S2CID  218889518.
  9. ^ Kaku, Michio. "La física de las civilizaciones extraterrestres". m< (mkaku.org) . Consultado el 21 de junio de 2019 .
  10. ^ Arthur C. Clarke. Arthur C. Clarke habla del cuento que inspiró 2001: Odisea del espacio.
  11. ^ "La eternidad en seis horas: propagación intergaláctica de la vida inteligente y agudización de la paradoja de Fermi". Stuart Armstrong, Anders Sandberg, Future of Humanity Institute, Universidad de Oxford. 12 de marzo de 2013.
  12. ^ Tipler, Frank J. (1980). "Los seres inteligentes extraterrestres no existen". Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society . 21 : 268. Bibcode :1980QJRAS..21..267T.
  13. ^ El texto completo de la historia se encuentra en el sitio web del autor en davidbrin.com Archivado el 11 de enero de 2007 en Wayback Machine.