【10】冯·诺依曼探测器（公开资料）
数学家约翰·冯·诺伊曼 （John von Neumann） 设想的自我复制航天器的概念，有时被称为冯·诺依曼探针。
冯·诺依曼 （Von Neumann） 认为，执行大规模采矿作业（例如开采整个月球或小行星带）的最有效方法是利用其指数级增长的自我复制航天器。理论上，自我复制的航天器可以被送到邻近的行星系统，在那里它会寻找原材料（从小行星中提取， 卫星、气态巨行星等）创建自身的副本。然后，这些复制品将被发送到其他行星系统。然后，最初的“母”探测器可以在恒星系统中追求它的主要目的。这个任务根据提议的自我复制星际飞船的变体而有很大差异。
鉴于这种模式，以及它与细菌繁殖模式的相似性，有人指出冯·诺依曼机器可能被认为是一种生命形式。大卫·布林 （David Brin） 在他的短篇小说《肺鱼》（Lungfish）中谈到了这个想法，指出由不同物种发射的自我复制机器实际上可能会相互竞争（以达尔文主义的方式）争夺原材料，甚至具有相互冲突的任务。如果“物种”足够多，它们甚至可能形成一种生态学，或者——如果它们也拥有一种人工智能形式——一个社会。它们甚至可能与数不清的数千“代”发生变异。
1980 年，罗伯特·弗雷塔斯 （Robert Freitas） 发表了对这种航天器的首次定量工程分析，其中修改了非复制的代达罗斯计划设计，以包括自我复制所需的所有子系统。该设计的策略是使用探针将一个质量约为 443 吨的“种子”工厂运送到遥远的地点，让种子工厂在那里生产许多自己的副本，以提高其 500 年的总制造能力，然后使用由此产生的自动化工业综合体建造更多的探针，每个探针上都有一个种子工厂。
据推测，一艘利用相对传统的星际旅行理论方法（即没有奇特的超光速推进，速度限制为 0.1c）的自我复制星际飞船可以在短短五十万年内传播到银河系大小的星系中。
关于费米悖论的辩论
1981 年，弗兰克·蒂普勒提出了一个论点，即外星智能不存在，基于尚未观察到冯·诺依曼探测器的事实。即使考虑到适度的复制速度和银河系的历史，这样的探测器应该已经在整个太空中很常见，因此，我们应该已经遇到过它们。因为我们没有，这表明外星智能不存在。因此，这就是对费米悖论的解决方案——也就是说，如果外星智能在整个宇宙中都很常见，为什么我们还没有遇到它。
Carl Sagan 和 William Newman 对此做出了回应。现在被称为萨根的回应，它指出事实上蒂普勒低估了复制的速度，冯·诺依曼探测器应该已经开始消耗银河系中的大部分质量。因此，萨根和纽曼推断，任何智慧种族都不会首先设计冯·诺依曼探针，并且会在发现任何冯·诺依曼探针时立即试图摧毁它们。正如罗伯特·弗雷塔斯 （Robert Freitas）所指出的，辩论双方所描述的冯·诺依曼探测器的假设能力在现实中不太可能，而且更适度地复制的系统不太可能观察到它们对我们的太阳系或整个银河系的影响。
另一个反对冯·诺依曼探测器流行的是，可能制造此类设备的文明在能够制造此类机器之前可能具有很高的自毁可能性。这可能是通过生物或核战争、纳米恐怖主义、资源枯竭、生态灾难或流行病等事件来实现的。创建 von Neumann 探针的这一障碍是 Great Filter 概念的一个潜在候选者。
存在一些简单的解决方法来避免过度复制的情况。无线电发射器或其他无线通信方式可以由探测器使用，这些探测器被编程为不会复制超过一定密度（例如每立方秒差距 5 个探针）或任意限制（例如一个世纪内 1000 万个），类似于细胞繁殖中的 Hayflick 极限。这种对不受控制的复制的防御措施的一个问题是，它只需要一个探测器发生故障并开始不受限制的复制，整个方法就会失败——本质上是一个技术癌症——除非每个探测器也有能力在其邻居中检测到这种故障并实施寻找和销毁协议（如果错误的探测器首先设法繁殖到高数量，这反过来又可能导致探测器对探测器的太空战争被 Sound Ones 发现，然后它们很可能有程序复制到匹配的数字，以便管理侵扰）。另一种解决方法是基于在长时间星际旅行期间需要航天器加热。使用钚作为热源会限制自我复制的能力。即使找到所需的原材料，航天器也不会有制造更多钚的编程。另一种方法是在清楚地了解不受控制的复制的危险的情况下对航天器进行编程。
冯·诺依曼探针
冯·诺依曼探测器是一种能够自我复制的航天器，它是两个概念的串联：冯·诺依曼通用构造器（自我复制机器）和探测器（探索或检查某物的仪器）。这个概念以匈牙利裔美国数学家和物理学家约翰·冯·诺依曼 （John von Neumann） 的名字命名，他严格研究了他称之为“通用汇编机”的自复制机器的概念，这些机器通常被称为“冯·诺依曼机器”。这种结构在理论上可以由五个基本组件组成：
探针：它将包含实际的探测仪器和目标导向的AI来指导构造。
生命支持系统：修复和维护结构体的机制。
工厂：收集资源并自我复制的机制。
内存银行：存储其所有组件的程序和探针获得的信息。
发动机：移动探头的电机。
Andreas M. Hein 和科幻小说作家 Stephen Baxter 提出了不同类型的冯·诺依曼探测器，称为“哲学家”和“创始人”，其中前者的目的是探索，后者的目的是为未来的定居点做准备。
星际研究倡议（Initiative for Interstellar Studies）提出了一个近期的自我复制探测器概念，根据当前和近期的技术，实现了大约70%的自我复制。
如果一个自我复制的探针发现了原始生命（或原始的、低级的文化）的证据，它可能会被编程为休眠、默默观察、试图接触（这种变体被称为 Bracewell 探针），甚至以某种方式干扰或指导生命的进化。
阿德莱德大学的物理学家保罗·戴维斯 （Paul Davies） “提出了探测器停在我们自己的月球上的可能性”，他已经到达了地球古代史前史的某个时间点，并留下来监视地球，根据 Michio Kaku 的说法，斯坦利·库布里克 （Stanley Kubrick） 将其用作他的电影《2001：太空漫游》的基础（尽管导演从电影中剪掉了相关的巨石场景）库布里克的作品基于阿瑟·克拉克 （Arthur C. Clarke） 的故事“哨兵”，两人以小说的形式进行了扩展，成为电影的基础，因此戴维斯的月球探测器/天文台概念也被认为让人想起克拉克。
星际冯·诺依曼探测器想法的一个变体想法是由弗里曼·戴森 （Freeman Dyson） 提出的“天文鸡”。虽然它具有自我复制、探索和与其“大本营”通信的共同特征，但戴森构思了 Astrochicken 在我们自己的行星系统中探索和操作，而不是探索星际空间。
安德斯·桑德伯格 （Anders Sandberg） 和斯图尔特·阿姆斯特朗 （Stuart Armstrong） 认为，通过自我复制探测器启动对整个可到达宇宙的殖民完全在跨星文明的能力范围内，并提出了一种在 32 年内实现这一目标的理论方法，即开采水星以获取资源并围绕太阳构建戴森虫群。
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参考文献
Freitas, Robert A. Jr. (1980). "A Self-Reproducing Interstellar Probe". Journal of the British Interplanetary Society. 33: 251–264. Bibcode:1980JBIS...33.251F.
弗雷塔斯，小罗伯特 A. （1980）。“一个自我复制的星际探测器”。英国行星际学会杂志。33：251-264。参考文献编号：1980JBIS...33.251F.
……
"Comparison of Reproducing and Nonreproducing Starprobe Strategies for Galactic Exploration". www.rfreitas.com.
“银河系探索的复制和非复制 Starprobe 策略的比较”。www.rfreitas.com。
……
Sagan, Carl and Newman, William: "The Solipsist Approach to Extraterrestrial Intelligence", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 24, number 113 (1983)
Sagan， Carl 和 Newman， William：“地外智能的唯我论方法”，《皇家天文学会季刊》，第 24 卷，第 113 期（1983 年）
……
Freitas, Robert A. Jr. (November 1983). "Extraterrestrial Intelligence in the Solar System: Resolving the Fermi Paradox". J. Br. Interplanet. Soc. 36: 496–500. Bibcode:1983JBIS...36.496F.
弗雷塔斯，小罗伯特 A. （1983 年 11 月）。“太阳系中的地外智能：解决费米悖论”。JBR 星际。Soc 的。36：496-500。参考文献编号：1983JBIS...36.496F.
……
Borgue, Olivia; Hein, Andreas M. (2021). "Near-Term Self-Replicating Probes—A Concept Design". Acta Astronautica. 187. Elsevier BV: 546–556. arXiv:2005.12303. Bibcode:2021AcAau.187.546B. doi:10.1016/j.actaastro.2021.03.004. ISSN 0094-5765. S2CID 218889518.
博尔格，奥利维亚；海因，安德烈亚斯 M.（2021 年）。“近期自我复制探针 - 概念设计”。宇航学报。187. 爱思唯尔 BV：546-556。arXiv：2005.12303.参考文献：2021AcAau.187.546B. doi：10.1016/j.actaastro.2021.03.004.国际标准书号0094-5765。S2CID218889518。
……
"Eternity in six hours: intergalactic spreading of intelligent life and sharpening the Fermi paradox". Stuart Armstrong, Anders Sandberg, Future of Humanity Institute, Oxford University. March 12, 2013.
“六小时的永恒：智慧生命的星际传播和费米悖论的尖锐化”。斯图尔特·阿姆斯特朗、安德斯·桑德伯格，牛津大学人类未来研究所。2013 年 3 月 12 日。
……
von Tiesenhausen, G., and Darbro, W. A. "Self-Replicating Systems," NASA Technical Memorandum 78304. Washington, D.C. National Aeronautics and Space Administration (1980).
von Tiesenhausen， G. 和 Darbro， W. A. “自我复制系统”，NASA 技术备忘录 78304。华盛顿特区：美国国家航空航天局（1980 年）。
……
Valdes, Francisco; Freitas Jr., Robert A. (1980). "Comparison of Reproducing and Non-Reproducing Starprobe Strategies for Galactic Exploration". Journal of the British Interplanetary Society. 33: 402–408.
弗朗西斯科·瓦尔德斯；小弗雷塔斯，罗伯特 A.（1980 年）。“银河系探索的复制和非复制 Starprobe 策略的比较”。英国行星际学会杂志。33：402-408。
