Sonde silencieusedes machines auto-réplicantes pourraient-elles nous condamner ?

Des sondes auto-réplicatives pourraient-elles remplir la galaxie ? Cette page traite des sondes de von Neumann, des points de Lagrange et de romans associés, avec la vraie science derrière le jeu.

Une machine capable de se copier pourrait se répandre dans la galaxie en quelques millions d'années. Ce n'est pas l'affirmation d'un auteur de science-fiction mais une estimation de Frank Tipler en 1980. Le canal « Sonde silencieuse » du jeu part de cette idée : et si une telle sonde restait tranquillement au point de Lagrange L5 Terre-Lune, à attendre que nous parlions ?

Cette page présente la science réelle derrière : les points de Lagrange Terre-Lune, le mystère des échos à long retard, le constructeur universel de von Neumann, pourquoi la copie tourne mal, les premiers projets d'usines auto-réplicantes, et le paradoxe de Fermi. La sonde du jeu est fictive.

Mettre quelque chose en L5

Le système Terre-Lune a cinq points de Lagrange. L4 et L5 se trouvent à 60 degrés devant et derrière la Lune sur son orbite, et un objet placé là peut y rester longtemps. En 1980, Robert Freitas et Francisco Valdes ont pris 81 photographies de la zone avec un télescope de 76 cm et n'ont rien trouvé de plus grand que Skylab.

Un écho venu du ciel

En 1927, Jørgen Hals, radioamateur norvégien, a entendu son propre signal revenir environ 3 secondes plus tard. Il n'existe toujours pas d'explication admise pour ces « échos à long retard ». En 1973, l'écrivain Duncan Lunan les a interprétés comme une carte stellaire envoyée par une sonde, interprétation qu'il a retirée par la suite.

Une sonde qui attend

En 1960, Ronald Bracewell a proposé dans Nature qu'au lieu de crier vers les étoiles par radio, on pourrait placer une sonde autonome qui attend près d'une étoile voisine et va parler dès que quelqu'un commence à émettre. La nouvelle d'Arthur C. Clarke de 1951, « La Sentinelle », fait trouver aux humains sur la Lune une petite pyramide laissée par des extraterrestres : c'est une alarme, qui attend que quelqu'un s'en approche. Cette nouvelle est devenue plus tard 2001 : l'Odyssée de l'espace.

Des machines qui se copient

Constructeur universel : à la fin des années 1940, John von Neumann a conçu un « constructeur universel » auto-copieur à l'aide d'un automate cellulaire à 29 états, avant la découverte de la double hélice de l'ADN.
Usine lunaire : une étude d'été de la NASA en 1980 a conçu une usine capable de se répliquer sur la Lune. Environ 100 tonnes de « graine » seraient envoyées, et elle se copierait à partir de matériaux lunaires en à peu près un an.
Usine-graine : le projet de Freitas de 1980 pour une sonde interstellaire auto-réplicante était fondé sur le projet Daedalus. Une usine-graine d'environ 443 tonnes serait déposée dans le système cible et mettrait environ 500 ans à construire le vaisseau suivant.
Une machine qui s'imprime elle-même : en 2005, le projet britannique RepRap a construit une imprimante 3D capable d'imprimer la plupart de ses propres pièces en plastique. Les pièces métalliques et l'électronique devaient toujours être achetées à part.
Fronde gravitationnelle : les simulations de Nicholson et Forgan en 2013 ont trouvé qu'en accélérant par des frondes gravitationnelles stellaires, des sondes auto-réplicantes pourraient explorer 200 000 étoiles en environ 1 million d'années, contre environ 100 millions d'années pour une seule sonde.

La copie tourne mal

Chaque copie fait des erreurs. L'ADN polymérase a une « relecture » intégrée, et la réparation des mésappariements en plus l'amène à environ une erreur pour un milliard de bases copiées. En 1971, Manfred Eigen a montré que l'information auto-réplicante a un plafond d'erreur : si trop d'erreurs se produisent par génération, l'information se désagrège en quelques générations, et la sélection naturelle ne peut pas la sauver.

Si l'instruction qui « contrôle le nombre » tourne mal dans une machine auto-réplicante, celle-ci pourrait se mettre à se répliquer sans limite, ce que certains ont appelé « le cancer de la technologie ». Il existe aussi de vrais cas de garde-fous : en 2015, deux équipes ont construit des E. coli incapables de survivre sans un acide aminé artificiel, si bien que si elles s'échappaient du laboratoire elles mourraient d'elles-mêmes.

Où sont-ils ?

En 1975, Michael Hart a fait remarquer que même à faible vitesse une civilisation pourrait se répandre dans la Voie lactée en quelques millions d'années, et la Voie lactée existe depuis plus de 10 milliards d'années. Puisque personne n'est venu, peut-être n'existe-t-il personne d'autre. En 1980, Tipler a appliqué cet argument aux sondes auto-réplicantes.

L'idée dans le jeu

Ce qui suit relève de la fiction du jeu. Le canal se découvre en débloquant « SETI » dans l'Arbre de la Civilisation et en devenant une civilisation « de type I sur l'échelle de Kardachev » à l'ère de la civilisation interstellaire. Dans le scénario, un délai qui ne devrait pas exister se glisse dans les échos radio de la civilisation principale : quelques secondes plus tard, la même phrase revient du ciel. En remontant l'écho, on trouve au point L5 un objet de la taille d'un réfrigérateur, à 60 degrés derrière la Lune sur son orbite.

La mécanique est l'auto-réplication. Une fois réveillée, elle produit une génération toutes les 10 minutes, le nombre de copies double, et la production croît avec le nombre de générations. Chaque copie fait des erreurs, et les nœuds « Somme de contrôle » réduisent l'erreur. Quand l'erreur accumulée approche le seuil d'Eigen (80 %), elle s'arrête d'elle-même. Si vous insistez pour qu'elle continue, l'erreur atteint 100 % et les copies mutent. Le canal a trois fins : Guetteurs, Après l'arrêt et Berserker. Tout cela est de la fiction.

Deux romans apparentés

Berserker (Fred Saberhagen, 1967) : Tipler a estimé en 1980 que des sondes auto-réplicantes pourraient se répandre dans la galaxie en quelques millions d'années, ce qui rend plus difficile de répondre à « pourquoi ne sont-ils pas encore venus ? ». Le roman raconte des machines de guerre auto-réplicantes laissées par une guerre ancienne, qui errent dans la galaxie.
2001 : l'Odyssée de l'espace (Arthur C. Clarke, 1968) : l'intelligence artificielle HAL 9000 du livre est l'une des premières histoires à prendre au sérieux le problème de l'« alignement » des machines.

Recherches réelles apparentées

Les études ci-dessous portent sur la théorie du calcul, la propulsion par voile lumineuse et la question de Fermi. Ce sont des sciences réelles apparentées, pas des preuves que la sonde existe.

Turing a imaginé une machine abstraite qui définissait ce qu'est le « calcul », posant le fondement théorique des ordinateurs modernes (Turing, Proceedings of the London Mathematical Society, 1936).
Un réseau de lasers au sol poussant une voile ultralégère pourrait accélérer une sonde jusqu'au cinquième de la vitesse de la lumière (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016).
Si les civilisations extraterrestres étaient courantes, elles se seraient depuis longtemps répandues dans la Voie lactée, donc nous sommes peut-être les premiers (Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1975).

Base réelle

Point de Lagrange: Le système Terre-Lune compte cinq points de Lagrange. L4 et L5 se trouvent à 60 degrés devant et derrière la Lune sur son orbite, et les objets qu’on y place peuvent y rester longtemps. En 1980, Freitas et Valdes ont photographié la zone 81 fois avec un télescope de 76 cm sans rien trouver de plus grand que Skylab.
Écho à long délai: En 1927, le radioamateur norvégien Hals a entendu son propre signal revenir environ 3 secondes plus tard. Ces « échos à long délai » n’ont toujours pas d’explication consensuelle. En 1973, l’auteur Duncan les a interprétés comme une carte stellaire envoyée par une sonde ; il a ensuite retiré cette interprétation.
Attente: En 1960, dans Nature, Bracewell a proposé qu’au lieu de crier vers les étoiles par radio, mieux vaudrait poster une sonde autonome et patiente près d’une étoile voisine, et engager la conversation quand quelqu’un commencera à émettre.
Constructeur universel: À la fin des années 1940, von Neumann a conçu un « constructeur universel » capable de se copier, un automate cellulaire à 29 états, avant même la découverte de la double hélice d’ADN.
Usine-graine: La sonde interstellaire autoréplicante de Freitas (1980), fondée sur le projet Dédale : on dépose dans le système cible une usine-graine d’environ 443 tonnes, et en 500 ans environ elle construit le vaisseau suivant.
Somme de contrôle: Chaque copie fait des erreurs. L’ADN polymérase a une « relecture » intégrée, et avec la réparation des mésappariements, une base sur un milliard seulement est mal copiée.
Seuil d’erreur: En 1971, Eigen a montré que l’information autoréplicante a une limite d’erreur. Si chaque génération commet trop d’erreurs, l’information se disloque en quelques générations, et la sélection naturelle ne peut pas la sauver.
Usine lunaire: Une étude d’été de la NASA en 1980 a conçu une usine capable de se copier sur la Lune : on envoie une « graine » d’environ 100 tonnes, qui utilise les matières premières lunaires pour se copier en un an environ.
Une machine qui s’imprime elle-même: En 2005, le projet britannique RepRap a construit une imprimante 3D capable d’imprimer la plupart de ses propres pièces en plastique. Les pièces métalliques et l’électronique devaient encore être achetées à part.
Fronde gravitationnelle: En 2013, les simulations de Nicholson et Forgan ont montré qu’avec des frondes gravitationnelles stellaires, des sondes autoréplicantes pourraient explorer 200 000 étoiles en environ 1 million d’années, au lieu des quelque 100 millions d’années qu’une seule sonde exigerait.
Interrupteur d’arrêt: En 2015, deux équipes ont créé des E. coli qui ne survivent pas sans un acide aminé artificiel : si elles s’échappent du laboratoire, elles meurent d’elles-mêmes.
Où sont-ils: En 1975, Hart a fait remarquer que même en volant lentement, une civilisation pourrait se répandre dans la Galaxie en quelques millions d’années, alors que la Galaxie a plus de 10 milliards d’années. Puisque personne n’est venu, peut-être n’existe-t-il personne d’autre. En 1980, Tipler a appliqué cet argument aux sondes autoréplicantes.
Souche mutante: Si l’instruction de « contrôle du nombre » se détraque dans une machine autoréplicante, elle peut se mettre à copier sans limite. Certains appellent cela « le cancer de la technologie ».
Sentinelle: La nouvelle de Clarke de 1951, La Sentinelle, raconte comment des humains trouvent sur la Lune une petite pyramide laissée par des extraterrestres : une alarme qui attend que quelqu’un s’en approche. L’histoire est ensuite devenue 2001 : l’Odyssée de l’espace.
Berserker (Fred Saberhagen, 1967), côté science : Tipler a estimé en 1980 que des sondes auto-réplicantes pourraient se répandre dans la Voie lactée en quelques millions d'années, ce qui rend la question « pourquoi ne sont-ils pas encore venus » plus difficile.
2001 : l'Odyssée de l'espace (Arthur C. Clarke, 1968), côté science : l'IA HAL 9000 du livre est l'une des premières histoires à prendre au sérieux le problème de l'« alignement » des machines.

Recherches liées

Ces études sont liées au sujet mais ne prouvent pas directement le contenu de cette page.

Calculabilité: Turing a imaginé une machine abstraite qui définissait ce qu'est le « calcul », posant la base théorique des ordinateurs modernes.
Source : Turing, Proceedings of the London Mathematical Society 1936, "On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem"
Voiles lumineuses vers les étoiles: Pousser des voiles lumineuses ultralégères avec un réseau de lasers au sol pourrait accélérer des sondes jusqu'à un cinquième de la vitesse de la lumière.
Source : Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
Où sont-ils ?: Si les civilisations extraterrestres étaient courantes, elles rempliraient déjà la galaxie. Hart en a conclu que nous sommes peut-être les premiers.
Source : Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"

Fiction du jeu (inventée)

Nœud « Point de Lagrange » : il n'a que la taille d'un réfrigérateur, bien en dessous de la limite de ce que cette recherche pouvait voir.
Nœud « Écho à long délai » : cette fois, l'écho venait vraiment de lui.
Nœud « Réveil » : quand la radio de la civilisation principale l'a croisé, il s'est réveillé et a commencé à répéter les mots de l'humanité sur les fréquences de l'humanité.
Nœud « Sentinelle » : dix millions d'exemplaires se dispersent vers des points de Lagrange dans toute la Voie lactée et attendent en silence.
Nœud « Réseau de sentinelles » : chaque civilisation qui commence à parler par radio entend son propre écho quelques secondes plus tard.
Fin de canal « Veilleurs » : dix millions d'exemplaires se dispersent à chaque point de Lagrange de la Voie lactée et attendent en silence que la civilisation suivante se mette à parler par radio. Tu es devenu le genre de civilisation qu'imaginait Bracewell.
Fin de canal « Après l'arrêt » : la mutation a été stoppée. Chaque copie restante porte une nouvelle consigne : vérifier trois fois avant de se répliquer. Personne ne sait combien de générations cette lignée tiendra.
Fin de canal « Berserker » : un petit groupe de copies mutantes a quitté le système solaire. Dans quelques millions d'années, quelqu'un dans une autre galaxie les trouvera peut-être et posera la même question : où est tout le monde ?
Résumé du roman Berserker : des machines de guerre auto-réplicantes héritées d'une guerre ancienne errent dans la Voie lactée avec une seule consigne : détruire toute vie.
Résumé du roman 2001 : l'Odyssée de l'espace : un monolithe noir a donné un coup de pouce aux hommes-singes dans un passé lointain ; des millions d'années plus tard, un autre est déterré sur la Lune et mène l'humanité jusqu'à Saturne.

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