Stille SondeKönnten sich selbst replizierende Maschinen uns zum Verhängnis werden?

Könnten sich selbst replizierende Sonden die Galaxis füllen? Diese Seite behandelt Von-Neumann-Sonden, Lagrange-Punkte und verwandte Romane, mit der echten Wissenschaft hinter dem Spiel.

Eine Maschine, die sich selbst kopieren kann, könnte sich in wenigen Millionen Jahren über die Galaxis ausbreiten. Das ist nicht die Behauptung eines Science-Fiction-Autors, sondern eine Schätzung von Frank Tipler aus dem Jahr 1980. Der Kanal „Stille Sonde“ im Spiel geht von dieser Idee aus: Was, wenn eine solche Sonde still am Erde-Mond-Punkt L5 säße und darauf wartete, dass wir sprechen?

Diese Seite behandelt die reale Wissenschaft dahinter: die Lagrange-Punkte von Erde und Mond, das Rätsel langverzögerter Echos, von Neumanns Universalkonstruktor, warum das Kopieren schiefgeht, die ersten Entwürfe selbstreplizierender Fabriken und das Fermi-Paradoxon. Die Sonde im Spiel ist fiktiv.

Etwas bei L5 platzieren

Das System Erde-Mond hat fünf Lagrange-Punkte. L4 und L5 liegen 60 Grad vor und hinter dem Mond auf seiner Bahn, und ein Objekt dort kann lange bleiben. 1980 nahmen Robert Freitas und Francisco Valdes mit einem 76-cm-Teleskop 81 Fotografien dieses Gebiets auf und fanden nichts, was größer war als Skylab.

Ein Echo vom Himmel

1927 hörte Jørgen Hals, ein norwegischer Amateurfunker, sein eigenes Signal etwa 3 Sekunden später zurückkommen. Für diese „langverzögerten Echos“ gibt es bis heute keine anerkannte Erklärung. 1973 deutete der Schriftsteller Duncan Lunan sie als Sternkarte, die eine Sonde gesendet habe, eine Deutung, die er später zurückzog.

Eine Sonde, die wartet

1960 schlug Ronald Bracewell in Nature vor, statt per Funk in die Sterne zu rufen, könnten wir eine autonome Sonde stationieren, die bei einem nahen Stern wartet und hinfliegt, um zu sprechen, sobald jemand zu senden beginnt. In Arthur C. Clarkes Kurzgeschichte „Der Wächter“ von 1951 finden Menschen auf dem Mond eine kleine Pyramide, die Außerirdische hinterlassen haben: ein Alarm, der darauf wartet, dass jemand auf ihn zugeht. Aus dieser Geschichte wurde später 2001: Odyssee im Weltraum.

Maschinen, die sich selbst kopieren

Universalkonstruktor: In den späten 1940er-Jahren entwarf John von Neumann mit einem zellulären Automaten mit 29 Zuständen einen sich selbst kopierenden „Universalkonstruktor“, bevor die Doppelhelix der DNA entdeckt wurde.
Mondfabrik: Eine NASA-Sommerstudie von 1980 entwarf eine Fabrik, die sich auf dem Mond selbst replizieren könnte. Etwa 100 Tonnen „Saat“ würden hingeschickt, und sie würde sich aus Mondmaterial in etwa einem Jahr kopieren.
Saatfabrik: Freitas’ Entwurf von 1980 für eine selbstreplizierende interstellare Sonde beruhte auf Projekt Daedalus. Eine Saatfabrik von etwa 443 Tonnen würde im Zielsystem abgesetzt und etwa 500 Jahre brauchen, um das nächste Schiff zu bauen.
Eine Maschine, die sich selbst druckt: 2005 baute das britische Projekt RepRap einen 3D-Drucker, der die meisten seiner eigenen Kunststoffteile drucken konnte. Metallteile und Elektronik mussten weiterhin separat gekauft werden.
Schwerkraft-Schleuder: Simulationen von Nicholson und Forgan von 2013 ergaben, dass selbstreplizierende Sonden durch Beschleunigung per Gravitationsschleuder von Sternen in etwa 1 Million Jahren 200.000 Sterne erkunden könnten, gegenüber etwa 100 Millionen Jahren für eine einzelne Sonde.

Kopieren geht schief

Jedes Kopieren macht Fehler. Die DNA-Polymerase hat ein eingebautes „Korrekturlesen“, und die Fehlpaarungsreparatur darüber bringt sie auf etwa einen Fehler pro Milliarde kopierter Basen. 1971 zeigte Manfred Eigen, dass selbstreplizierende Information eine Fehlerobergrenze hat: Treten pro Generation zu viele Fehler auf, zerfällt die Information innerhalb weniger Generationen, und die natürliche Selektion kann sie nicht retten.

Geht in einer selbstreplizierenden Maschine die Anweisung schief, die „die Anzahl steuert“, könnte sie unbegrenzt zu replizieren beginnen, was manche „den Krebs der Technik“ genannt haben. Es gibt auch reale Beispiele für Sicherungen: 2015 bauten zwei Teams E. coli, die ohne eine künstliche Aminosäure nicht überleben konnten, sodass sie beim Ausbruch aus dem Labor von selbst sterben würden.

Wo sind sie?

1975 wies Michael Hart darauf hin, dass sich eine Zivilisation selbst mit niedriger Geschwindigkeit in wenigen Millionen Jahren über die Milchstraße ausbreiten könnte und die Milchstraße schon mehr als 10 Milliarden Jahre existiert. Da niemand gekommen ist, gibt es vielleicht niemand anderen. 1980 übertrug Tipler dieses Argument auf selbstreplizierende Sonden.

Die Idee im Spiel

Was folgt, ist Spielfiktion. Der Kanal wird entdeckt, indem man „SETI“ im Baum der Zivilisation freischaltet und in der Ära der interstellaren Zivilisation eine „Kardaschow-Typ-I“-Zivilisation wird. Im Szenario schleicht sich in die Funkechos der Hauptzivilisation eine Verzögerung ein, die es nicht geben dürfte: Einige Sekunden später kommt derselbe Satz vom Himmel zurück. Verfolgt man das Echo, findet man am Punkt L5, 60 Grad hinter dem Mond auf seiner Bahn, ein Objekt von der Größe eines Kühlschranks.

Die Mechanik ist Selbstreplikation. Nach dem Erwachen erzeugt sie alle 10 Minuten eine Generation, die Zahl der Kopien verdoppelt sich, und der Ertrag wächst mit der Zahl der Generationen. Jedes Kopieren macht Fehler, und „Prüfsummen“-Knoten verringern den Fehler. Nähert sich der angesammelte Fehler der Eigen-Schwelle (80 %), hält sie von selbst an. Bestehst du darauf, dass sie weitermacht, erreicht der Fehler 100 %, und die Kopien mutieren. Der Kanal hat drei Enden: Wächter, Nach der Abschaltung und Berserker. All das ist Fiktion.

Zwei verwandte Romane

Berserker (Fred Saberhagen, 1967): Tipler schätzte 1980, dass sich selbstreplizierende Sonden in wenigen Millionen Jahren über die Galaxis ausbreiten könnten, was „Warum sind sie noch nicht gekommen?“ schwerer beantwortbar macht. Der Roman erzählt von selbstreplizierenden Kriegsmaschinen aus einem uralten Krieg, die durch die Galaxis streifen.
2001: Odyssee im Weltraum (Arthur C. Clarke, 1968): Die künstliche Intelligenz HAL 9000 im Buch gehört zu den ersten Geschichten, die das Problem der „Ausrichtung“ von Maschinen ernst nehmen.

Reale Grundlage

Lagrange-Punkt: Das Erde-Mond-System hat fünf Lagrange-Punkte. L4 und L5 liegen 60 Grad vor und hinter dem Mond auf seiner Bahn, und dort platzierte Dinge können lange bleiben. 1980 fotografierten Freitas und Valdes das Gebiet 81-mal mit einem 76-cm-Teleskop und fanden nichts, was größer war als Skylab.
Langverzögertes Echo: 1927 hörte der norwegische Funkamateur Hals sein eigenes Signal etwa 3 Sekunden später zurückkommen. Für diese „langverzögerten Echos“ gibt es bis heute keine anerkannte Erklärung. 1973 las der Autor Duncan sie als Sternkarte, die von einer Sonde gesendet wurde; später zog er diese Deutung zurück.
Warten: 1960 schlug Bracewell in Nature vor, statt per Funk die Sterne anzurufen, lieber bei einem Nachbarstern eine geduldige autonome Sonde zu stationieren und ein Gespräch zu beginnen, sobald jemand Signale sendet.
Universeller Konstruktor: Ende der 1940er Jahre entwarf von Neumann einen selbstkopierenden „universellen Konstruktor“, einen zellulären Automaten mit 29 Zuständen, noch bevor die DNA-Doppelhelix entdeckt war.
Saatfabrik: Freitas' selbstvermehrende interstellare Sonde von 1980 beruhte auf dem Projekt Daedalus: Man setzt eine Saatfabrik von etwa 443 Tonnen im Zielsystem ab, und in etwa 500 Jahren baut sie das nächste Schiff.
Prüfsumme: Jede Kopie macht Fehler. Die DNA-Polymerase hat eine eingebaute „Korrekturlesefunktion“, und zusammen mit der Reparatur von Fehlpaarungen wird nur etwa eine von einer Milliarde Basen falsch kopiert.
Fehlerschwelle: 1971 zeigte Eigen, dass selbstvermehrende Information eine Fehlergrenze hat. Macht jede Generation zu viele Fehler, zerfällt die Information innerhalb weniger Generationen, und die natürliche Selektion kann sie nicht retten.
Mondfabrik: Eine NASA-Sommerstudie von 1980 entwarf eine Fabrik, die sich auf dem Mond selbst kopieren kann: Man bringt einen „Keim“ von etwa 100 Tonnen hin, und er kopiert sich mit Rohstoffen vom Mond in etwa einem Jahr.
Eine Maschine, die sich selbst druckt: 2005 baute das britische RepRap-Projekt einen 3D-Drucker, der die meisten seiner Kunststoffteile selbst drucken konnte. Metallteile und Elektronik mussten weiterhin zugekauft werden.
Schwerkraft-Schleuder: 2013 fanden die Simulationen von Nicholson und Forgan, dass selbstvermehrende Sonden mit Schwerkraft-Schleudern an Sternen in etwa 1 Million Jahren 200 000 Sterne erkunden könnten, statt der rund 100 Millionen Jahre, die eine einzelne Sonde bräuchte.
Notausschalter: 2015 bauten zwei Teams E. coli, die ohne eine künstliche Aminosäure nicht überleben können: Entkommen sie aus dem Labor, sterben sie von selbst.
Wo sind sie: 1975 wies Hart darauf hin, dass sich eine Zivilisation selbst bei langsamem Flug in einigen Millionen Jahren über die Galaxis ausbreiten könnte, und die Galaxis ist mehr als 10 Milliarden Jahre alt. Da niemand gekommen ist, gibt es vielleicht sonst niemanden. 1980 übertrug Tipler dieses Argument auf selbstvermehrende Sonden.
Mutierter Stamm: Geht in einer selbstvermehrenden Maschine die Anweisung „Anzahl begrenzen“ schief, fängt sie womöglich an, sich unbegrenzt zu kopieren. Manche nennen das „den Krebs der Technik“.
Wächter: Clarkes Kurzgeschichte „Der Wächter“ von 1951 erzählt, wie Menschen auf dem Mond eine kleine, von Außerirdischen hinterlassene Pyramide finden: ein Alarmgeber, der darauf wartet, dass jemand zu ihm geht. Die Geschichte wuchs später zu „2001: Odyssee im Weltraum“ aus.
Berserker (Fred Saberhagen, 1967), die Wissenschaft: Tipler schätzte 1980, dass sich selbstreplizierende Sonden in einigen Millionen Jahren über die Milchstraße ausbreiten könnten, wodurch die Frage „Warum sind sie noch nicht gekommen?“ schwerer zu beantworten wird.
2001: Odyssee im Weltraum (Arthur C. Clarke, 1968), die Wissenschaft: Die KI HAL 9000 im Buch gehört zu den ersten Geschichten, die das „Alignment“-Problem von Maschinen ernst nehmen.

Spielfiktion (erfunden)

Knoten „Lagrange-Punkt“: Es ist nur so groß wie ein Kühlschrank, weit unter der Grenze dessen, was diese Suche sehen konnte.
Knoten „Spätes Echo“: Diesmal kam das Echo wirklich von ihm.
Knoten „Erwachen“: Als der Funk der Hauptzivilisation an ihm vorbeizog, erwachte es und begann, die Worte der Menschheit auf den Frequenzen der Menschheit zurückzusenden.
Knoten „Wächter“: Zehn Millionen Kopien verteilen sich auf Lagrange-Punkte in der ganzen Milchstraße und warten still.
Knoten „Wächternetz“: Jede Zivilisation, die per Funk zu sprechen beginnt, hört wenige Sekunden später ihr eigenes Echo.
Kanal-Ende „Wächter“: Zehn Millionen Kopien verteilten sich auf alle Lagrange-Punkte der Milchstraße und warten still darauf, dass die nächste Zivilisation per Funk zu sprechen beginnt. Du bist die Art von Zivilisation geworden, die Bracewell sich vorgestellt hatte.
Kanal-Ende „Nach der Abschaltung“: Die Mutation wurde gestoppt. Jede verbliebene Kopie trägt eine neue Anweisung: dreimal prüfen, bevor man sich repliziert. Niemand weiß, über wie viele Generationen diese Linie hält.
Kanal-Ende „Berserker“: Eine kleine Gruppe mutierter Kopien verließ das Sonnensystem. In ein paar Millionen Jahren findet sie vielleicht jemand in einer anderen Galaxie und stellt dieselbe Frage: Wo sind alle?
Zusammenfassung des Romans Berserker: Sich selbst replizierende Kriegsmaschinen aus einem uralten Krieg streifen durch die Milchstraße, mit einem einzigen Befehl: alles Leben zu vernichten.
Zusammenfassung des Romans 2001: Odyssee im Weltraum: Eine schwarze Platte gibt den Affenmenschen in ferner Vergangenheit einen Anstoß; Millionen Jahre später wird auf dem Mond eine weitere Platte ausgegraben und führt die Menschheit zum Saturn.

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