沉默的探测器：自我复制机器会毁掉文明吗
自我复制的探测器能占满银河系吗？这一页讲冯·诺依曼探测器、拉格朗日点等真实科学和相关小说。
一台能复制自己的机器，几百万年就能遍布银河系。这不是科幻作家的断言，而是 1980 年蒂普勒的估算。游戏里的“沉默的探测器”通道，从这个想法出发：如果有一台这样的探测器，静静停在地月 L5 点等着我们开口说话，会怎样？
这一页讲背后的真实科学：地月拉格朗日点、长延迟回波之谜、冯·诺依曼的通用构造器、复制为什么会出错、第一批自复制工厂设计，以及费米悖论。游戏里的探测器是虚构的。
把东西放在 L5
地月系统有五个拉格朗日点，L4 和 L5 在月球轨道上前后各 60 度，放在那里的东西可以长期待着。1980 年弗雷塔斯和瓦尔德斯用一台 76 厘米望远镜对那里拍了 81 张照片，没有发现任何天空实验室大小以上的东西。
来自天上的回声
1927 年，挪威的业余无线电爱好者哈尔斯听到自己的信号在约 3 秒后又回来了一次。这种“长延迟回波”至今没有统一的解释。1973 年作家卢南把它解读成探测器发来的星图，后来他自己撤回了这个解读。
会等待的探测器
布雷斯韦尔 1960 年在《自然》上提出：与其用无线电向群星喊话，不如向邻近的恒星派驻一个会等待的自主探测器，等到有人开始发信号，再去搭话。克拉克 1951 年的短篇《岗哨》则写人类在月球上发现一座外星人留下的小金字塔：它是一台警报器，等着有人走到那里。这篇小说后来发展成了《2001：太空漫游》。
能复制自己的机器
- 通用构造器：冯·诺依曼在 1940 年代后期设计了一台能复制自己的“通用构造器”，用的是一个有 29 种状态的元胞自动机，比 DNA 双螺旋的发现还早。
- 月面工厂：1980 年 NASA 的一次夏季研究设计过一座能在月球上自我复制的工厂：先送去约 100 吨的“种子”，让它用月球的原料，大约一年复制出自己。
- 种子工厂：1980 年弗雷塔斯设计的自复制星际探测器以“代达罗斯计划”为基础：在目标星系里放下一座约 443 吨的种子工厂，用约 500 年复制出下一艘飞船。
- 打印自己的机器：2005 年英国的 RepRap 项目做出了一台能打印出自己大部分塑料零件的 3D 打印机，金属件和电子元件仍然要另外买。
- 引力弹弓：2013 年尼科尔森和福根模拟发现，借恒星的引力弹弓加速，自复制探测器探索 20 万颗恒星所需的时间，能从单个探测器的约 1 亿年缩短到约 100 万年。
复制会出错
每一次复制都会出错。DNA 聚合酶自带“校对”功能，再加上错配修复，大约每复制十亿个碱基才错一个。1971 年艾根证明：自我复制的信息有一个误差上限，每一代出错太多，信息就会在几代之内瓦解，自然选择也救不回来。
一台自复制机器里只要“控制数量”的指令出了错，它就可能开始无限复制，有人把这叫做“技术的癌症”。防范的办法也有真实案例：2015 年，两个团队造出了离开一种人工氨基酸就活不下去的大肠杆菌，一旦逃出实验室，它们自己就会死去。
他们都在哪里
1975 年哈特指出：即使飞得很慢，一个文明也能在几百万年里遍布银河系，而银河系已经存在了 100 多亿年。既然没有人来过，也许根本没有别人。1980 年蒂普勒把这个论证推到了自复制探测器上。
游戏里的设想
下面是游戏设定。通道的发现条件是文明之树点亮“地外文明搜寻”，并在星际文明时代成为“卡尔达肖夫 I 型”。设想里，主文明的无线电回声里混进了一段不该有的延迟，几秒钟后，同一句话又从天上传了回来；顺着回声找过去，在月球轨道后方 60 度的 L5 点，停着一个只有冰箱大小的东西。
机制是自我复制：醒来以后，它每 10 分钟复制一代，副本数翻倍，产出随代数增加；每次复制都会出错，“校验”类节点能降低误差。累积误差接近艾根阈值（80%）时它会自己停下；如果你坚持让它继续，误差到 100%，副本就会变异。通道有三个结局：守望者、停机之后、狂暴者。这些都是虚构。
两本相关的小说
- 《狂暴者》（弗雷德·萨伯哈根，1967 年）：蒂普勒 1980 年估算，自复制探测器几百万年就能遍布银河系，这让“他们为什么还没来”更难回答。小说讲的是远古战争留下的自复制战争机器在银河系里游荡。
- 《2001：太空漫游》（阿瑟·克拉克，1968 年）：书里的人工智能 HAL 9000 是最早认真描写机器“对齐”问题的故事之一。
相关的真实研究
下面这些研究和计算理论、光帆推进、费米问题有关，是相关的真实科学，并不是探测器真的存在的依据。
- 图灵设想了一种抽象机器，定义了“计算”是什么，现代计算机的理论基础由此奠定（Turing，《Proceedings of the London Mathematical Society》1936）。
- 用地面激光阵列推动极轻的光帆，有望把探测器加速到光速的五分之一（Lubin，《Journal of the British Interplanetary Society》2016）。
- 如果外星文明普遍存在，它们早该遍布银河系，由此认为我们可能是第一个（Hart，《Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society》1975）。
真实依据
拉格朗日点：地月系统有五个拉格朗日点，L4 和 L5 在月球轨道上前后各 60 度，放在那里的东西可以长期待着。1980 年弗雷塔斯和瓦尔德斯用一台 76 厘米望远镜对那里拍了 81 张照片，没有发现任何天空实验室大小以上的东西。
长延迟回波：1927 年，挪威的业余无线电爱好者哈尔斯听到自己的信号在约 3 秒后又回来了一次。这种「长延迟回波」至今没有统一的解释。1973 年作家卢南把它解读成探测器发来的星图，后来他自己撤回了这个解读。
等待：布雷斯韦尔 1960 年在《自然》上提出：与其用无线电向群星喊话，不如向邻近的恒星派驻一个会等待的自主探测器，等到有人开始发信号，再去搭话。
通用构造器：冯·诺依曼在 1940 年代后期设计了一台能复制自己的「通用构造器」，用的是一个有 29 种状态的元胞自动机，比 DNA 双螺旋的发现还早。
种子工厂：1980 年弗雷塔斯设计的自复制星际探测器以「代达罗斯计划」为基础：在目标星系里放下一座约 443 吨的种子工厂，用约 500 年复制出下一艘飞船。
校验：每一次复制都会出错。DNA 聚合酶自带「校对」功能，再加上错配修复，大约每复制十亿个碱基才错一个。
误差阈值：1971 年艾根证明：自我复制的信息有一个误差上限。每一代出错太多，信息就会在几代之内瓦解，自然选择也救不回来。
月面工厂：1980 年 NASA 的一次夏季研究设计过一座能在月球上自我复制的工厂：先送去约 100 吨的「种子」，让它用月球的原料，大约一年复制出自己。
打印自己的机器：2005 年英国的 RepRap 项目做出了一台能打印出自己大部分塑料零件的 3D 打印机，金属件和电子元件仍然要另外买。
引力弹弓：2013 年尼科尔森和福根模拟发现：借恒星的引力弹弓加速，自复制探测器探索 20 万颗恒星所需的时间，能从单个探测器的约 1 亿年缩短到约 100 万年。
停机指令：2015 年，两个团队造出了离开一种人工氨基酸就活不下去的大肠杆菌：一旦逃出实验室，它们自己就会死去。
它们在哪里：1975 年哈特指出：即使飞得很慢，一个文明也能在几百万年里遍布银河系，而银河系已经存在了 100 多亿年。既然没有人来过，也许根本没有别人。1980 年蒂普勒把这个论证推到了自复制探测器上。
变异株：一台自复制机器里只要「控制数量」的指令出了错，它就可能开始无限复制。有人把这叫做「技术的癌症」。
哨兵：克拉克 1951 年的短篇《岗哨》写人类在月球上发现一座外星人留下的小金字塔：它是一台警报器，等着有人走到那里。这篇小说后来发展成了《2001：太空漫游》。
《狂暴者》（弗雷德·萨伯哈根，1967 年）的科学背景：蒂普勒 1980 年估算，自复制探测器几百万年就能遍布银河系，这让「他们为什么还没来」更难回答。
《2001：太空漫游》（阿瑟·克拉克，1968 年）的科学背景：书里的人工智能 HAL 9000 是最早认真描写机器「对齐」问题的故事之一。
相关研究
这些研究和本页主题相关，但不是本页内容的直接证明。
可计算性：图灵设想了一种抽象机器，定义了“计算”是什么，现代计算机的理论基础由此奠定。
出处：Turing, Proceedings of the London Mathematical Society 1936, "On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem"
光帆飞向群星：用地面激光阵列推动极轻的光帆，有望把探测器加速到光速的五分之一。
出处：Lubin, Journal of the British Interplanetary Society 2016, "A roadmap to interstellar flight"
他们在哪里：如果外星文明普遍存在，它们早该遍布银河系。哈特由此认为，我们可能是第一个。
出处：Hart, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 1975, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth"
游戏设定（虚构）
- 节点「拉格朗日点」：它只有冰箱大小，比那次搜寻能看见的极限小得多。
- 节点「长延迟回波」：这一次，回声真的是它发出的。
- 节点「醒来」：主文明的无线电经过它时，它醒了，开始用人类的频率重复人类的话。
- 节点「哨兵」：千万个副本散到了银河系各处的拉格朗日点上，安静地等待。
- 节点「哨兵网」：每一个开始用无线电说话的文明，都会在几秒后听到自己的回声。
- 通道结局「守望者」：千万个副本散布到银河系的每一个拉格朗日点，安静地等待下一个开始用无线电说话的文明。你成了布雷斯韦尔设想过的那种文明。
- 通道结局「停机之后」：变异被止住了。剩下的副本都带着一行新指令：复制之前，先校验三遍。没有人知道这行指令能管用多少代。
- 通道结局「狂暴者」：那一小群变异的副本飞出了太阳系。几百万年后，别的星系里也许会有人发现它们，然后问出同一个问题：他们都在哪里？
- 小说《狂暴者》概述：远古战争留下的自复制战争机器在银河系里游荡，唯一的指令是消灭一切生命。
- 小说《2001：太空漫游》概述：一块黑色石板在远古推了人猿一把，几百万年后，另一块石板在月球上被挖出，把人类引向土星。