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.
Czy ludzka cywilizacja rozprzestrzeni się kiedyś na całą Drogę Mleczną? Czy opuścimy naszą małą błękitną planetę, by założyć kolonie w niezliczonych układach gwiazdowych? To pytanie jest raczej przygnębiające. Istnieje około 300 miliardów gwiazd w galaktyce, która rozciąga się na 160 000 lat świetlnych. Jak dotąd wysłaliśmy jeden statek kosmiczny poza nasz układ, mozolnie pokonujący przestrzeń z 0,006% prędkości światła. W tym tempie zajęłoby ponad 2,5 miliarda lat, aby dostać się z jednego końca galaktyki na drugi. Pojawia się też kwestia przeżycia. Przestrzeń pomiędzy gwiazdami jest ogromna. Nie moglibyśmy przeżyć na większości planet, potrzebujemy bardzo dużo zasobów. Ale kilkadziesiąt lat temu naukowcy odkryli coś teoretycznie możliwego, co nie tylko pozwala rozprzestrzenić cywilizację w całej galaktyce, ale też uczynić to dość szybko, bez łamania obowiązujących praw fizyki. Idea oparta jest na pracach matematyka, Johna von Neumanna, który zaprojektował maszyny zdolne do samoreplikacji i stworzenia nowej generacji siebie. Zostały później nazwane maszynami von Neumanna. W kontekście eksploracji kosmosu maszyny te można by zbudować Ziemi i wysłać w kosmos. Tam te samowystarczalne maszyny trafiałyby na odległe planety. Wydobywałyby dostępne surowce i gromadziły energię, tworzyły swoje repliki, wysyłały je na najbliższe planety, aby kontynuować ten cykl. W wyniku tego powstałyby miliony próbników, rozprzestrzeniających się po kosmosie niczym kropla atramentu w akwarium. Naukowcy obliczyli, że jedna taka maszyna, podróżująca z 5% prędkości światła, mogłaby się replikować w galaktyce nawet przez 4 miliony lat. Może się wydawać, że to długo, ale biorąc pod uwagę, że wszechświat ma 14 miliardów lat, w skali kosmicznej, to niewiarygodnie szybko, niczym 2,5 godziny w skali roku. Stworzenie maszyn von Neumanna wymagałoby technologii, która jeszcze nie powstała, w tym zaawansowanej sztucznej inteligencji, miniaturyzacji i lepszych systemów napędowych. Jeśli mamy je wykorzystać do rozesłania ludzi po galaktyce, potrzebujemy jeszcze jednego skoku rozwojowego w technice. Sztucznego hodowania organizmów biologicznych i ciał za pomocą surowych materiałów i informacji genetycznych. Choć jeśli w ciągu ostatniego miliarda lat obca cywilizacja stworzyła taką maszynę i wysłała ją do nas, nasza galaktyka byłaby dziś nimi przepełniona. Gdzie są te wszystkie maszyny? Niektórzy astronomowie, jak Carl Sagan, twierdzą, że inteligentni kosmici w ogóle nie zbudowaliby czegoś takiego. Łatwo wymknęłoby się spod kontroli, obdzierając planety do gołego jądra, aby utrzymać replikację. Inni biorą brak tych maszyn za dowód, że albo inteligentne obce cywilizacje nie istnieją, albo wymarły, zanim rozwinęły potrzebne technologie. Mimo to, ludzie wciąż wyobrażają sobie, jakby to było, gdyby oni gdzieś tam istnieli. Autor science-fiction, David Brin, pisał o wszechświecie, gdzie istnieje wiele różnych maszyn von Neumanna, namnażających się jednocześnie. Niektóre zaprojektowane, by powitać młode cywilizacje, inne, by je znaleźć i zniszczyć, zanim staną się zagrożeniem. W powieści Brina "Lungfish" niektóre maszyny von Neumanna przyglądają się właśnie Ziemi, czekając, aż osiągniemy odpowiedni stopień rozwoju, zanim wykonają swój ruch. Na razie mamy tylko ciekawość i teorię. Ale patrząc następnym razem na nocne niebo, pomyślcie o tym, że miliardy samoreplikujących się maszyn mogą właśnie przemierzać galaktykę w naszą stronę. Jeśli istnieją, jedna z nich w końcu wyląduje na Ziemi, a być może już tutaj są.