Could human civilization eventually spread across the whole Milky Way galaxy? Could we move beyond our small blue planet to establish colonies in the multitude of star systems out there? This question's a pretty daunting one. There are around 300 billion stars in the galaxy, which is about 160,000 light-years across. So far we've sent a single spacecraft outside our solar system, trudging along at 0.006% of the speed of light. At that rate, it would take over 2.5 billion years just to get from one end of the galaxy to the other. And then there's the question of human survival. The gulf between stars is simply enormous. We couldn't live sustainably on most planets, and we require a lot of resources to stay alive. And yet, decades ago, scholars found that it's theoretically possible to not just spread human civilization across the galaxy, but to do so quite quickly, without breaking any known laws of physics. Their idea is based on the work of a mathematician named John von Neumann, who designed on paper machines that could self-replicate and create new generations of themselves. These would later come to be known as von Neumann machines. In the context of space exploration, von Neumann machines could be built on Earth and launched into space. There, the self-sufficient machines would land on distant planets. They would then mine the available resources and harvest energy, build replicas of themselves, launch those to the nearest planets, and continue the cycle. The result is the creation of millions of probes spreading outwards into the universe like a drop of ink in a fishbowl. Scholars crunched the numbers and found that a single von Neumann machine traveling at 5% of the speed of light should be able to replicate throughout our galaxy in 4 million years or less. That may sound like a long time, but when you consider that our universe is 14 billion years old, on a cosmic scale, it's incredibly fast - the equivalent of about 2.5 hours in an entire year. Creating von Neumann machines would require a few technologies we don't have yet, including advanced artificial intelligence, miniaturization, and better propulsion systems. If we wanted to use them to spread actual humans throughout the galaxy, we would need yet another technological leap - the ability to artificially grow biological organisms and bodies using raw elements and genetic information. Regardless, if in the last billion years an alien civilization created such a machine and set it multiplying its way toward us, our galaxy would be swarming with them by now. So then where are all these machines? Some astronomers, like Carl Sagan, say that intelligent aliens wouldn't build self-replicating machines at all. They might hurtle out of control, scavenging planets to their cores in order to keep replicating. Others take the machines absence as proof that intelligent alien civilizations don't exist, or that they go extinct before they can develop the necessary technologies. But all this hasn't stopped people from imagining what it would be like if they were out there. Science fiction author David Brin writes about a universe in which many different von Neumann machines exist and proliferate simultaneously. Some are designed to greet young civilizations, others to locate and destroy them before they become a threat. In fact, in Brin's story "Lungfish," some von Neumann machines are keeping a close watch over the Earth right now, waiting for us to reach a certain level of sophistication before they make their move. For now, all we have is curiosity and theory. But the next time you look at the night sky, consider that billions of self-replicating machines could be advancing between stars in our galaxy right now. If they exist, one of them will eventually land on Earth, or maybe, just maybe, they're already here.
آیا ممکن است تمدن بشری سرانجام در کل کهکشان راه شیری گسترش یابد؟ آیا میتوانیم فراتر از سیاره آبی کوچکمان حرکت کنیم تا مستعمرات بسیاری از سیستمهای ستارهای در آنجا تاسیس کنیم؟ این سوال بسیار دلهرهآور است. حدود ۳۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان وجود دارد، که در حدود ۱۶۰ هزار سال نوری پهنا دارد. تاکنون ما تنها یک فضاپیما به خارج از منظومه شمسی ارسال کردهایم، که با ۰/۰۰۶ درصد سرعت نور حرکت میکند. با این سرعت بیش از ۲/۵ میلیارد سال طول میکشد تا فقط از یک سر کهکشان به سر دیگر آن برسد. و سپس مسئله بقای انسان مطرح میشود. فاصله بین ستارهها بسیار زیاد است. ما در اکثر سیارهها نمیتوانیم به صورت پایدار زندگی کنیم و به منابع بسیاری برای زنده ماندن احتیاج داریم. با این حال، چند دهه پیش، دانشمندان دریافتند که از نظر تئوری ممکن است که نه تنها تمدن بشری در سراسر کهکشان گسترش یابد، بلکه این کار بسیار سریع، و بدون شکستن قوانین شناخته شده فیزیک انجام گیرد. ایده آنها مبتنی بر کارهای ریاضیدانی به نام جان فون نویمان است، کسی که روی کاغذ دستگاهی طراحی کرده است که میتوانند خود را تکرار کنند و نسل جدیدی از خودشان را خلق کنند. اینها بعداً به عنوان ماشینهای فون نویمان شناخته میشوند. در زمینه کاوش فضا، ماشینهای فون نویمان میتوانند در زمین ساخته شوند و به فضا پرتاب شوند. در آنجا، ماشینهای خودکفا میتوانند بر روی سیارههای دور فرود آیند. آنها سپس منابع موجود را استخراج میکنند و انرژی برداشت میکنند، نسخههایی از خود میسازند، آنها را به نزدیکترین سیاره پرتاب میکنند، و این چرخه ادامه پیدا میکند. نتیجه آن ساختن میلیونها کاوشگر است که به طرف خارج جهان گسترش مییابند، شبیه قطره جوهری در قلاب ماهیگیری. دانشمندان معادلات را حل کردند و دریافتند که یک ماشین فون نویمان که با ۵ درصد سرعت نور حرکت میکند باید قادر باشد در ۴ میلیون سال یا کمتر در سراسر کهکشان ما تکثیر شود. شاید این مدت زمان طولانی به نظر برسد، اما وقتی در نظر بگیرید که جهان ما ۱۴ میلیارد ساله است، در مقیاس کیهانی - که بسیار سریع است - معادل ۲/۵ ساعت از کل یک سال است. ساختن ماشینهای فون نویمان به چند فناوری نیاز دارد که ما فعلاً نداریم، از جمله هوش مصنوعی پیشرفته، کوچک سازی، و سیستمهای پیشران بهتر. اگر بخواهیم از آنها برای گستراندن انسانهای واقعی در کهکشان استفاده کنیم ما به جهش تکنولوژیکی دیگری نیز نیاز داریم توانایی رشد مصنوعی موجودات زنده بیولوژیکی و بدن با استفاده از عناصر خام و اطلاعات ژنتیکی. صرف نظر از آن، اگر در یک میلیارد سال گذشته یک تمدن بیگانه چنین ماشینی را ساخته باشد و آن را برای تکثیر در راه خود به سمت ما تنظیم کرده باشند، کهکشان ما تاکنون باید توسط آنها پر میشد. پس تمام این ماشینها کجا هستند؟ برخی اخترشناسان، مانند کارل ساگان میگویند بیگانههای هوشمند اصلاً ماشینهای خود تکرار شونده نمیسازند. آنها ممکن است از کنترل خارج شوند، سیارات را تا هستههایشان کاوش کنند تا بتوانند خود را تکرار کنند. برخی دیگر دلیل عدم حضور ماشینها را اثباتی برای عدم وجود تمدنهای بیگانه هوشمند میدانند، یا که قبل از اینکه بتوانند فناوریهای لازم را توسعه دهند منقرض شدهاند. اما همهی اینها، مردم را از تصور اینکه در آن بیرون بودن چگونه است متوقف نکرده. دیوید برین، نویسنده ژانر علمی - تخیلی دربارهی جهانی مینویسد که در آن تعداد زیادی از ماشینهای فون نیومان وجود دارد و در حال تکثیر همزمان هستند. برخی از آنها طراحی شدهاند تا به پیشواز تمدنهای جوان بروند، برخی برای پیدا کردن و از بین بردن آنها قبل از اینکه تبدیل به تهدید شوند. در حقیقت، در داستان برین، "ماهی شُشدار" تعدادی از ماشینهای فون نیومان هستند که حالا در حال مراقبت دقیق از زمین هستند، و منتظر ما برای رسیدن به سطح معینی از کمال هستند قبل از اینکه حرکت خود را شروع کنند. در حال حاضر، آنچه که ما داریم کنجکاوی و تئوری است. اما دفعه بندی که به آسمان شب نگاه میکنید، فرض کنید میلیاردها ماشین خود تکرار شونده میتوانند همین حالا بین ستارههای کهکشان ما پیش بروند. اگر وجود داشته باشند، یکی از آنها بالاخره روی زمین فرود میآید، یا شاید، فقط شاید، آنها همین حالا هم اینجا هستند.