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.
Nền văn minh nhân loại rốt cuộc có thể trải rộng khắp dải Ngân Hà hay không? Chúng ta liệu có thể vượt ra khỏi hành tinh xanh nhỏ bé của mình để xây dựng các thuộc địa trên vô số hệ thống sao ngoài kia? Đây là một câu hỏi khá khó khăn. Có khoảng 300 tỷ ngôi sao trong thiên hà, tương đương khoảng cách 160.000 năm ánh sáng. Cho tới nay chúng ta mới chỉ phóng một tàu vũ trụ duy nhất ra ngoài hệ mặt trời, di chuyển chậm chạp với 0,006% tốc độ ánh sáng. Với tốc độ đó, sẽ mất hơn 2,5 tỷ năm chỉ để đi từ rìa này sang rìa khác của dải ngân hà. Và tiếp theo là câu hỏi về sự sinh tồn của loài người. Khoảng cách giữa các vì sao là vô cùng khổng lồ. Chúng ta không thể sống lâu dài trên hầu hết các hành tinh, và chúng ta cần rất nhiều tài nguyên để sống sót. Tuy nhiên, nhiều thập kỉ trước các học giả đã tìm ra, trên lý thuyết, không chỉ có thể mở rộng nền văn minh nhân loại ra dải ngân hà, mà còn có thể thực hiện nó khá nhanh, mà không cần phá vỡ bất kì quy luật vật lí đã biết nào. Ý tưởng này dựa trên công trình nghiên cứu của nhà toán học John von Neumann, người đã thiết kế bản vẽ những chiếc máy có thể tự sao chép và tự tạo ra những thế hệ mới của chính nó Chúng sau này được biết đến dưới tên gọi "máy von Neumann." Trong việc thám hiểm không gian, Các máy von Neumann có thể được chế tạo ờ Trái Đất và phóng vào không gian. Những chiếc máy tự động này sẽ hạ cánh tại các hành tinh xa xôi. Sau đó chúng sẽ khai thác các nguồn tài nguyên có sẵn và thu hoạch năng lượng, tự xây dựng các bản sao của mình, phóng chúng ra các hành tinh gần nhất, và tiếp tục vòng lặp này. Kết quả là hàng triệu thiết bị thăm dò được tạo ra lan rộng ra phía ngoài vũ trụ như một giọt mực trong hồ cá. Các học giả phân tích các số liệu và nhận ra rằng một chiếc máy von Neumann chuyển động với 5% vận tốc ánh sáng có thể nhân rộng ra khắp thiên hà trong vòng 4 triệu năm hoặc ít hơn. Nó nghe có vẻ rất lâu, nhưng nếu bạn xét việc vũ trụ chúng ta đã 14 tỷ năm tuổi, trên quy mô vũ trụ, nó cực kì nhanh - tương đương với 2,5 tiếng đồng hồ trong một năm trời. Chế tạo máy von Neumann cần một số công nghệ chúng ta chưa có hiện nay, bao gồm trí tuệ nhân tạo cao cấp, kỹ thuật thu nhỏ, và hệ thống động cơ đẩy tốt hơn. Nếu chúng ta muốn sử dụng chúng để mở rộng nhân loại ra khắp thiên hà, chúng ta cần thêm một bước đột phá công nghệ khác - khả năng phát triển các cơ quan và cơ thể sinh học nhân tạo bằng cách sử dụng những nguyên tố cơ bản và thông tin di truyền. Không kể đến, nếu trong nhiều tỷ năm qua một nền văn minh ngoài hành tinh đã tạo ra một cỗ máy như thế và để tự chúng sinh sôi nảy nở về phía chúng ta, thì bây giờ dải ngân hà của chúng ta đã tràn ngập bởi chúng. Vậy thì tất cả những chiếc máy đó ở đâu? Vài nhà thiên văn học, như Carl Sagan, nói là người ngoài hành tinh thông minh sẽ không tạo ra máy tự nhân bản nào hết. Chúng có thể vượt ngoài tầm kiểm soát, quét sạch các hành tinh đến tận lõi để tiếp tục nhân bản. Một số khác lấy việc không có các máy này làm bằng chứng rằng những nền văn minh ngoài hành tinh không hề tồn tại, hoặc họ đã sớm tuyệt chủng trước khi phát triển những công nghệ cần thiết. Nhưng tất cả vẫn không làm mọi người dừng việc tưởng tượng sẽ thế nào nếu họ vẫn tồn tại ngoài kia. Nhà văn khoa học viễn tưởng David Brin viết về một vũ trụ tồn tại rất nhiều máy von Neumann khác nhau và sinh sôi nảy nở cùng một lúc. Một số được thiết kể để chào đó những nền văn minh trẻ, số khác lại định vị và tiêu diệt chúng trước khi chúng trở thành hiểm họa. Thật ra, trong câu chuyện "Lungfish" của tác giả Brin, một số máy von Neumann bây giờ đang giám sát Trái Đất, chờ đợi chúng ta đạt đến một trình độ tinh vi nhất định trước khi chúng bắt đầu hành động. Đến bây giờ, tất cả những gì chúng ta có là sự tò mò và lý thuyết. Nhưng lần tới khi bạn ngắm bầu trời đêm, thử nghĩ xem hàng tỷ máy tự nhân bản đang chuyển động giữa các vì sao ngoài dải ngân hà ngay bây giờ. Nếu chúng có thật, một trong số chúng rốt cuộc cũng sẽ đáp xuống Trái Đất, hoặc có thể, chỉ là có thể, chúng đã đáp xuống đây rồi.