In de jaren veertig ontwikkelde de Hongaars-Amerikaanse wetenschapper John von Neumann een wiskundige theorie over hoe machines zichzelf eindeloos konden reproduceren. Dit werk gaf aanleiding tot het idee van "von Neumann-sondes", een klasse van zelfreplicerende interstellaire sondes (SRP's) die gebruikt konden worden om alles te doen, van het verkennen van het heelal tot het zaaien met leven en ingrijpen in de evolutie van soorten.
Sommigen hebben natuurlijk gesuggereerd dat dit een focus-SETI-onderzoek is, dat zou betekenen dat we zouden zoeken naar tekenen van zelfreplicerend ruimtevaartuig in onze melkweg. Maar zoals altijd het geval is met voorstellen als deze, bevestigt de Fermi Paradox zich uiteindelijk weer door de eeuwenoude vraag te stellen: "Waar is iedereen?" Als er buitenaardse beschavingen zijn, waarom hebben we dan geen bewijs gevonden van hun SRP's?
Volgens een Duncan H. Forgan, een onderzoeksmedewerker aan het University of St. Andrews 'Centre for Exoplanet Science in het VK, zou het antwoord kunnen zijn dat deze sondes uiteindelijk overgaan in roofdiersondes (ook wel beserkers genoemd) en uiteindelijk zichzelf vernietigen. Forgan presenteerde dit argument in een studie, getiteld "Predator-Prey Behavior in Self-Replicating Interstellar Probes", die onlangs in voordruk online verscheen.
Het idee van zelfvervangende machines is een aloude gedachte, met verwijzingen naar de 17e-eeuwse filosoof René Descartes. Volgens een populaire anekdote vertelde Descartes aan koningin Christina van Zweden dat het menselijk lichaam in wezen een machine was. De koningin wees dan naar verluidt op een klok in de buurt en gaf Descartes de opdracht 'ervoor te zorgen dat deze nakomelingen reproduceert'.
Het was echter John von Neumann die voor het eerst een conceptueel kader voorstelde voor een kinematische machine die zichzelf zou kunnen repliceren. Tijdens een reeks lezingen die hij in 1948 en 1949 hield, deelde hij zijn concept voor een machine die een voorraadruimte met reserveonderdelen gebruikte om identieke machines te bouwen op basis van een programma dat op een geheugentape was opgeslagen.
Eenmaal voltooid, zou de assembleur de inhoud van zijn geheugentape kopiëren naar die van het duplicaat, die vervolgens zou beginnen met het bouwen van een andere machine op basis van hetzelfde identieke ontwerp. Deze ideeën zouden later worden gepopulariseerd in een artikel dat verscheen in een uitgave van 1955 Wetenschappelijke Amerikaan, getiteld "Man Gezien als een Machine" (geschreven door een andere beroemde Hongaars-Amerikaanse wetenschapper, John G. Kemeny).
Von Neumann zou dit voorstel later verfijnen door een model te ontwikkelen voor een zelfreplicator op basis van automaten die op cellulair niveau functioneerden en zichzelf exponentieel en oneindig repliceerden. Richard Feynman zou dit idee verder uitwerken met zijn lezing op de bijeenkomst van de American Physical Society (APS) in Caltech in 1959, "Er is veel ruimte aan de onderkant".
Deze lezing zou Eric K. Drexler (vaak de 'vader van de nanotechnologie' genoemd) inspireren om zijn idee voor moleculaire assembleurs voor te stellen in zijn beroemde boek uit 1986 Engines of Creation: The coming era of Nanotechnology. Deze en andere studies gaven aan dat eindeloos zelfreplicerende machines een mogelijkheid waren, wat natuurlijk leidde tot het idee dat een geavanceerde buitenaardse intelligentie (ETI) dit misschien al had gedaan.
Dit is waar de kwestie van SRP's en de Fermi Paradox een rol spelen. Zoals Dr. Forgan via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
“De belangrijkste stelling is dat als SRP's kunnen worden gemaakt, ze de Melkweg over 10 tot 100 miljoen jaar moeten kunnen verkennen. Dit is veel korter dan het tijdperk van de aarde, dus als alle dingen gelijk zijn, als SRP's kunnen worden gemaakt, dan is de kans groot dat de Melkweg vele malen volledig zou zijn onderzocht en dat er nu een sonde in het zonnestelsel zou moeten zijn. Maar we zien er geen! Dus waarom zien we geen tekenen van SRP's? '
Een geldige vraag inderdaad, en een waarvan sommige wetenschappers dachten dat deze aan de orde kwam toen ‘Oumuamua door ons zonnestelsel zeilde. Nadat Shmuel Bialy en professor Abraham Loeb van het Harvard-Smithsonian Institute for Theoretical Computation (ITC) het vreemde gedrag hadden geanalyseerd, waagden ze zich er beroemd om dat ‘Oumuamua een zonnezeil zou kunnen zijn of de overblijfselen van een interstellaire sonde.
Helaas bleek uit latere analyse dat dit mysterieuze object hoogstwaarschijnlijk het fragment was van een uiteengevallen komeet. Hoewel het voor velen een bron van teleurstelling was, was de manier waarop ‘Oumuamua zoveel inspireerde op het gebied van onderzoek indrukwekkend. Het benadrukte ook hoe moeilijk het zoeken naar bewijs van ETI's is. Daarom is de theorie die Forgan heeft getest zo aantrekkelijk.
Zou het kunnen dat we geen bewijs van ETI's zien omdat het bewijs zichzelf actief verwijdert (althans wat betreft SRP's)? Om deze theorie te testen, paste Dr. Forgan modellen op basis van Lotka -Volterra-vergelijkingen (ook bekend als roofdier-prooivergelijkingen) toe op een theoretische populatie van SRP's. Deze vergelijkingen worden meestal gebruikt om de dynamiek van biologische systemen te beschrijven waarin twee soorten met elkaar in wisselwerking staan.
In dit geval werden de vergelijkingen opnieuw gebruikt om te beschrijven wat er zou gebeuren als sommige van deze sondes amok zouden worden en hun eigen sondes zouden gaan consumeren. Zoals Forgan het uitlegde:
“Een oplossing voor het ontbreken van SRP's is dat SRP's muteren terwijl ze zich voortplanten en evolueren naar meerdere soorten. Als een soort op andere sondes prooi, kan de totale populatie worden verminderd en kan de exploratie-inspanning mislukken. Ik heb deze oplossing onderzocht met behulp van klassieke ecologische roofdier-prooi-modellen, die nog nooit eerder op interstellaire schaal zijn toegepast. Dit lijkt een beetje op het bestuderen van de ecologie van meerdere eilanden, waarbij de roofdieren en prooien vogels zijn die naar nabijgelegen eilanden kunnen vliegen. ”
Gelukkig (of helaas, afhankelijk van je standpunt), gaven de resultaten van Forgan's simulaties aan dat als een aantal SRP's niet goed functioneerden en zich als slechtere sondes gingen gedragen, de totale bevolking niet drastisch zou worden beïnvloed. Kortom, de prooi-sondes zouden manieren vinden om te overleven, grotendeels dankzij hun vermogen om zich voort te planten.
"Ik ontdekte dat de totale populatie van sondes erg hoog kan blijven, zelfs met aanwezige roofdieren," zei hij. "Dit leek waar te zijn, ongeacht de aannames die ik deed over hoe" hongerig "de roofdieren waren, of hoe de sondes zich door de Melkweg bewogen."
Deze bevindingen hebben uiteraard belangrijke implicaties voor de SRP-hypothese en hoe deze zich verhoudt tot de Fermi-paradox. En, zoals opgemerkt, ze kunnen worden gezien als zowel goed nieuws als slecht nieuws. Aan de ene kant redt het het idee dat er buitenaardse sondes zijn die we kunnen vinden. Aan de andere kant roept het de vraag op waarom we er geen hebben gevonden, waardoor de vervelende Fermi Paradox opnieuw wordt bevestigd. Of zoals Forgan het uitdrukte:
“Voor mij maakt dit het SRP-argument sterker dan ooit. Het maakt een mogelijke oplossing (de Predator-Prey-oplossing) veel minder haalbaar als middel om SRP's uit de Melkweg te verwijderen. We zullen nog harder moeten nadenken over waarom we geen tekenen van intelligent leven buiten de aarde zien. "
Of het nu goed of slecht is, de Fermi Paradox geldt nog steeds. Voor veel SETI-onderzoekers en enthousiastelingen hangt veel hoop af van de inzet van de volgende generatie ruimtetelescopen in de komende jaren. Deze omvatten de langverwachte James Webb Space Telescope (JWST) en de Wide-Field Infrarood Ruimtetelescoop (WFIRST), de spirituele en wetenschappelijke opvolgers van Hubble, Kepler, Spitzer, en anderen.
Er zijn ook op de grond gebaseerde arrays zoals de Extreem grote telescoop (ELT), de Dertig meter telescoop (TMT), en de Giant Magellan Telescope (GMT) die in 2020 operationeel zal zijn. Met de verbeterde gevoeligheid en resolutie van deze instrumenten, verwachten wetenschappers veel meer te leren over het heelal en de vele exoplaneten die in het lokale sterrenstelsel bestaan.
En terwijl we doorgaan met het zoeken naar tekenen van buitenaardse intelligentie met behulp van deze verbeterde instrumenten, kunnen we onszelf altijd geruststellen dat het heelal een echt, ECHT grote plaats is. Zoals wijlen wijlen de grote Carl Sagan beroemd zei: "Als we alleen zijn in het universum, lijkt het zeker een vreselijke verspilling van ruimte."
Of, als je de voorkeur geeft aan een meer grimmige en dubbelzinnige kijk op dingen, is het goed om de woorden van wijlen (en even geweldige) Arthur C. Clarke te onthouden: 'Er zijn twee mogelijkheden: of we zijn alleen in het universum of we zijn niet . Beiden zijn even angstaanjagend. '
Voor zover we weten, is er misschien geen tekort aan ETI's en misschien moeten we ons niet haasten om ze te ontmoeten. Voor zover we weten, zijn ze ongelooflijk geavanceerd en niet bang om een paar mierenhopen omver te werpen! Of het is mogelijk dat ze geen haast hebben om ons te ontmoeten; en gezien onze staat van dienst, wie kan hen de schuld geven?
Ondertussen gaat de zoektocht verder! En zorg ervoor dat je deze informatieve TED-Ed-video over von Neumann-sondes bekijkt:
