침묵의 탐사선자기 복제 기계가 우리를 멸망시킬 수 있을까?
자기 복제 탐사선이 은하를 가득 채울 수 있을까? 이 페이지는 폰 노이만 탐사선, 라그랑주점, 관련 소설과 게임 뒤의 실제 과학을 다룬다.
스스로를 복제할 수 있는 기계는 수백만 년 안에 은하 전체로 퍼질 수 있습니다. SF 작가의 주장이 아니라 1980년 프랭크 티플러의 추정입니다. 게임의 "침묵의 탐사선" 채널은 이 아이디어에서 출발합니다. 그런 탐사선이 지구-달 L5 지점에 조용히 앉아 우리가 말하기를 기다린다면?
이 페이지는 그 뒤의 실제 과학을 다룹니다. 지구-달 라그랑주점, 오래 지연된 메아리의 수수께끼, 폰 노이만의 만능 구성기, 복제가 틀어지는 이유, 최초의 자기 복제 공장 설계, 페르미 역설입니다. 게임 속 탐사선은 허구입니다.
L5에 무언가를 두기
지구-달 계에는 라그랑주점이 다섯 개 있습니다. L4와 L5는 달의 궤도에서 달보다 60도 앞과 뒤에 있으며, 거기에 놓인 물체는 오래 머물 수 있습니다. 1980년 로버트 프레이타스와 프란시스코 발데스는 76 cm 망원경으로 그 일대를 81장 촬영했지만 스카이랩보다 큰 것은 찾지 못했습니다.
하늘에서 온 메아리
1927년 노르웨이 아마추어 무선사 외르겐 할스는 자기 신호가 약 3초 뒤에 돌아오는 것을 들었습니다. 이런 "오래 지연된 메아리"에 대해서는 아직 합의된 설명이 없습니다. 1973년 작가 덩컨 루난은 탐사선이 보낸 별 지도로 해석했지만, 나중에 그 해석을 철회했습니다.
기다리는 탐사선
1960년 로널드 브레이스웰은 Nature에서, 전파로 별들을 향해 외치는 대신 가까운 별에 자율 탐사선을 두고 기다리게 했다가 누군가 송신을 시작하면 이야기하러 가자고 제안했습니다. 아서 C. 클라크의 1951년 단편 「파수병」에서는 인간이 달에서 외계인이 남긴 작은 피라미드를 발견합니다. 누군가 다가오기를 기다리는 경보 장치입니다. 이 이야기는 나중에 2001 스페이스 오디세이로 자랐습니다.
스스로 복제하는 기계
- 만능 구성기: 1940년대 후반 존 폰 노이만은 DNA의 이중 나선이 발견되기도 전에, 29개 상태를 가진 세포 자동자로 스스로를 복제하는 "만능 구성기"를 설계했습니다.
- 달 공장: 1980년 NASA 여름 연구는 달에서 스스로 복제하는 공장을 설계했습니다. 약 100톤의 "씨앗"을 보내면 달의 재료로 약 1년 만에 자기를 복제합니다.
- 씨앗 공장: 1980년 프레이타스가 설계한 자기 복제 성간 탐사선은 다이달로스 계획에 기반했습니다. 약 443톤의 씨앗 공장을 목표 항성계에 내려놓고, 약 500년에 걸쳐 다음 배를 만듭니다.
- 스스로를 인쇄하는 기계: 2005년 영국의 RepRap 프로젝트는 자기 플라스틱 부품 대부분을 인쇄할 수 있는 3D 프린터를 만들었습니다. 금속 부품과 전자 부품은 여전히 따로 사야 했습니다.
- 중력 새총: 니컬슨과 포건의 2013년 시뮬레이션은 항성의 중력 새총으로 가속하면 자기 복제 탐사선이 약 100만 년 만에 20만 개의 별을 탐사할 수 있음을 보였습니다. 탐사선 하나로는 약 1억 년이 걸립니다.
복제가 틀어질 때
복제할 때마다 오류가 생깁니다. DNA 중합효소에는 "교정" 기능이 내장되어 있고, 불일치 수선까지 더하면 염기 10억 개를 복제할 때 오류가 대략 하나 생깁니다. 1971년 만프레트 아이겐은 자기 복제하는 정보에 오류 한계가 있음을 보였습니다. 세대마다 오류가 너무 많이 생기면 몇 세대 안에 정보가 무너지고, 자연선택으로도 구할 수 없습니다.
자기 복제 기계에서 "개수를 제어하는" 명령이 틀어지면 한없이 복제를 시작할 수도 있는데, 이를 "기술의 암"이라고 부르는 사람도 있습니다. 안전장치의 실제 사례도 있습니다. 2015년 두 팀이 인공 아미노산 없이는 살 수 없는 대장균을 만들었고, 이들이 실험실을 벗어나면 저절로 죽습니다.
그들은 어디 있나
1975년 마이클 하트는 문명이 느린 속도로도 수백만 년 안에 은하수 전체로 퍼질 수 있고, 은하수가 존재한 지는 100억 년이 넘는다고 지적했습니다. 아무도 오지 않았으니, 다른 누구도 없는 것인지 모릅니다. 1980년 티플러는 이 논증을 자기 복제 탐사선으로 밀고 나갔습니다.
게임 속 아이디어
여기서부터는 게임 설정입니다. 이 채널은 문명의 나무에서 "SETI"를 해금하고 성간 문명 시대에 "카르다쇼프 1형" 문명이 되면 발견됩니다. 시나리오에서 주 문명의 전파 메아리에 있을 수 없는 지연이 끼어듭니다. 몇 초 뒤에 같은 문장이 하늘에서 돌아옵니다. 메아리를 추적하면 달의 궤도에서 달보다 60도 뒤인 L5 지점에서 냉장고만 한 물체를 발견합니다.
메커니즘은 자기 복제입니다. 깨어나면 10분마다 한 세대를 만들고 복제본 수가 두 배가 되며, 생산량은 세대 수에 따라 늘어납니다. 복제할 때마다 오류가 생기고 "체크섬" 노드가 오류를 줄입니다. 누적 오류가 아이겐 임계값(80%)에 가까워지면 스스로 멈춥니다. 계속하라고 고집하면 오류가 100%에 이르고 복제본이 변이합니다. 채널의 엔딩은 세 가지입니다. 감시자, 정지 이후, 광전사. 모두 허구입니다.
관련된 소설 두 편
- 광전사 (프레드 세이버헤이건, 1967): 티플러는 1980년에 자기 복제 탐사선이 수백만 년 안에 은하 전체로 퍼질 수 있다고 추정했고, 그러면 "왜 아직 안 왔는가?"라는 물음에 답하기가 더 어려워집니다. 소설은 고대 전쟁에서 남은 자기 복제 전쟁 기계가 은하를 떠도는 이야기입니다.
- 2001 스페이스 오디세이 (아서 C. 클라크, 1968): 책 속의 인공지능 HAL 9000은 기계의 "정렬" 문제를 진지하게 다룬 최초의 이야기 중 하나입니다.
관련된 실제 연구
아래 연구는 계산 이론, 광범 추진, 페르미 질문에 관한 것입니다. 관련된 실제 과학일 뿐, 탐사선이 존재한다는 증거가 아닙니다.
- 튜링은 "계산"이 무엇인지 정의하는 추상 기계를 구상해 현대 컴퓨터의 이론적 토대를 놓았습니다 (Turing, Proceedings of the London Mathematical Society, 1936).
- 지상 레이저 배열로 초경량 돛을 밀면 탐사선을 광속의 5분의 1까지 가속할 수 있습니다 (Lubin, Journal of the British Interplanetary Society, 2016).
- 외계 문명이 흔했다면 오래전에 은하수 전체로 퍼졌어야 하므로, 우리가 처음일지도 모릅니다 (Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 1975).
실제 근거
라그랑주점: 지구-달 계에는 라그랑주점이 다섯 개 있다. L4와 L5는 달 궤도에서 달보다 60도 앞과 뒤에 있고, 그곳에 놓인 물체는 오래 머물 수 있다. 1980년 프레이타스와 발데스는 76cm 망원경으로 그 일대를 81번 촬영했지만 스카이랩보다 큰 것은 찾지 못했다.
오래 지연된 메아리: 1927년 노르웨이의 아마추어 무선사 할스는 자기 신호가 약 3초 뒤에 돌아오는 것을 들었다. 이런 “장지연 메아리”는 지금도 합의된 설명이 없다. 1973년 작가 던컨은 이를 탐사선이 보낸 성도로 해석했으나 나중에 철회했다.
기다림: 1960년 브레이스웰은 “네이처”에서, 전파로 별들에게 소리치기보다 이웃 별 근처에 참을성 있는 자율 탐사선을 두고 누가 신호를 보내기 시작하면 대화를 여는 편이 낫다고 제안했다.
범용 건설자: 1940년대 후반 폰 노이만은 DNA 이중나선이 발견되기도 전에 자기 복제하는 “범용 건설자”를 설계했다. 29개 상태를 가진 세포 자동자였다.
씨앗 공장: 프레이타스의 1980년 자기 복제 성간 탐사선은 다이달로스 계획을 바탕으로 했다. 약 443톤의 씨앗 공장을 목표 항성계에 내려놓으면, 약 500년 뒤 다음 우주선을 만든다.
체크섬: 복제할 때마다 오류가 생긴다. DNA 중합효소에는 “교정” 기능이 내장되어 있고 불일치 복구까지 더해져서, 염기 약 10억 개 중 하나만 잘못 복사된다.
오류 임계값: 1971년 아이겐은 자기 복제하는 정보에는 오류 한계가 있음을 보였다. 세대마다 실수가 너무 많으면 정보는 몇 세대 안에 무너지고, 자연선택도 그것을 구하지 못한다.
달 공장: 1980년 NASA 여름 연구는 달에서 스스로 복제하는 공장을 설계했다. 약 100톤의 “씨앗”을 보내면 달의 원료로 약 1년 만에 자신을 복제한다.
자기 자신을 찍어 내는 기계: 2005년 영국의 렙랩(RepRap) 프로젝트는 자기 플라스틱 부품 대부분을 직접 출력하는 3D 프린터를 만들었다. 금속 부품과 전자 부품은 여전히 따로 사야 했다.
중력 도움: 2013년 니컬슨과 포건의 시뮬레이션에서, 항성 중력 도움을 쓰면 자기 복제 탐사선이 약 100만 년 만에 별 20만 개를 탐사할 수 있었다. 탐사선 한 대라면 약 1억 년이 걸릴 일이다.
킬 스위치: 2015년 두 연구팀이 인공 아미노산 없이는 살 수 없는 대장균을 만들었다. 실험실을 탈출하면 저절로 죽는다.
그들은 어디 있나: 1975년 하트는 느리게 날아도 문명이 수백만 년이면 은하 전체에 퍼질 수 있고, 은하의 나이는 100억 년이 넘는다고 지적했다. 아무도 오지 않았으니 다른 존재가 없는 건지도 모른다. 1980년 티플러는 이 논증을 자기 복제 탐사선으로 밀고 나갔다.
돌연변이 계통: 자기 복제 기계에서 “개체 수 제어” 명령이 틀어지면 제한 없이 복제를 시작할 수 있다. 어떤 이들은 이를 “기술의 암”이라 부른다.
보초: 클라크의 1951년 단편 “보초”는 인류가 달에서 외계인이 남긴 작은 피라미드를 발견하는 이야기다. 누군가 다가오기를 기다리는 경보기다. 이 이야기는 훗날 “2001: 스페이스 오디세이”로 자랐다.
‘버서커’(프레드 세이버헤이건, 1967), 과학: 티플러는 1980년에 자기 복제 탐사선이 수백만 년 안에 우리 은하 전체에 퍼질 수 있다고 추정했고, 그래서 “왜 아직 안 왔나”라는 질문에 답하기가 더 어려워졌다.
‘2001 스페이스 오디세이’(아서 C. 클라크, 1968), 과학: 책 속의 AI HAL 9000은 기계의 “정렬” 문제를 진지하게 다룬 최초의 이야기 중 하나다.
관련 연구
이 연구들은 이 주제와 관련은 있지만 이 페이지의 직접적인 증거는 아니에요.
계산 가능성: 튜링은 '계산'이 무엇인지 정의하는 추상 기계를 상상해, 현대 컴퓨터의 이론적 토대를 놓았다.
출처:Turing, Proceedings of the London Mathematical Society 1936, "On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem"
별까지 가는 광돛: 지상 레이저 배열로 초경량 광돛을 밀면 탐사선을 광속의 5분의 1까지 가속할 수 있다.
출처:Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
그들은 어디에 있는가?: 외계 문명이 흔하다면 이미 은하에 가득해야 한다. 이를 근거로 하트는 우리가 첫 번째일지도 모른다고 주장했다.
출처:Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"
게임 설정 (허구)
- 노드 ‘라그랑주점’: 냉장고만 한 크기라서, 그 탐색이 볼 수 있는 한계보다 훨씬 작다.
- 노드 ‘늦게 온 메아리’: 이번에는 메아리가 정말로 그에게서 왔다.
- 노드 ‘깨어남’: 주 문명의 전파가 지나가자 그는 깨어나, 인류의 말을 인류의 주파수로 되풀이하기 시작했다.
- 노드 ‘파수꾼’: 천만 개의 복제본이 우리 은하 곳곳의 라그랑주점으로 흩어져 조용히 기다린다.
- 노드 ‘파수꾼 망’: 전파로 이야기하기 시작하는 모든 문명은 몇 초 뒤 자기 메아리를 듣는다.
- 채널 엔딩 ‘감시자’: 천만 개의 복제본이 우리 은하의 모든 라그랑주점에 퍼져, 다음 문명이 전파로 이야기하기 시작하기를 조용히 기다린다. 당신은 브레이스웰이 상상한 그런 문명이 되었다.
- 채널 엔딩 ‘가동 중단 뒤’: 돌연변이는 멈췄다. 남은 복제본마다 새 명령이 들어 있다. 복제하기 전에 세 번 확인하라. 이 계통이 몇 세대나 버틸지는 아무도 모른다.
- 채널 엔딩 ‘버서커’: 돌연변이 복제본 한 무리가 태양계를 떠났다. 수백만 년 뒤 다른 은하의 누군가가 그들을 발견하고 같은 질문을 던질지도 모른다. 모두 어디 있느냐고.
- 소설 ‘버서커’ 줄거리: 오래전 전쟁에서 남은 자기 복제 전쟁 기계들이 우리 은하를 돌아다닌다. 명령은 하나, 모든 생명을 파괴하라는 것이다.
- 소설 ‘2001 스페이스 오디세이’ 줄거리: 먼 옛날 검은 석판이 원인에게 한 번 등을 떠민다. 수백만 년 뒤 달에서 또 다른 석판이 파내지고, 인류는 토성으로 향한다.