第262章 复製机器（1 / 4）
李水旺新一期视频：
今天的主题是自我复製机器，尤其是冯·诺依曼探测器和巴祖卡探测器，我们將探討自我复製机器的基本概念以及关於它们的一些误解，之后再来討论这两种特定类型的机器还有其他几种类型。首先，有三件关於自我复製机器的事我们需要一开始就弄清楚：第一，自我复製机器不一定体型微小；第二，可以说我们现在就有能力製造出一台；第三，自我复製机器未必只是机械装置，它们也可以是有生命的。在科幻作品中，自我复製机器通常被设定为体型微小的纳米机器人，但它们其实完全没必要如此，纳米机器人也並非必须具备自我复製的能力。这类机器在作品中也往往被描绘成单一类型，可实际上，你完全能打造出由多种不同类型、不同尺寸组成的机器集群。通常来说，如果需要更大的机器，人们会让这些小机器拼接在一起组成大的，但这其实並非一种合理的做法。比如，如果我们需要金属来製造更多的微型机器人，一种常见的设定是让这些机器人从原材料中逐个剥离金属原子，但这种做法其实有点荒谬；另一种做法是让它们组合成传统的熔炉来冶炼金属，这同样十分荒唐，尤其是考虑到熔炉本身就是用要冶炼的这种金属製造的，这么做连熔炉本身都会被熔掉。其实更合理的做法是让这些机器人直接建造一座熔炉。这就打破了关於“灰色粘质”的经典概念，所谓灰色粘质，就是指一群像粘质一样的机器人吞噬整个星球。这个概念最初源於约翰·冯·诺依曼提出的通用组装器，也叫构造器，德雷克斯勒在此基础上进一步提出了分子组装器的概念，几乎所有纳米机器的相关构想都源於此。但自我复製机器的概念远比这更早，至少可以追溯到笛卡尔的时代，据说笛卡尔曾对瑞典女王克里斯蒂娜说，人体就是一台机器，而本身也是饱学之士的女王指著一座钟表，让他让这台钟表实现自我复製。
达尔文的理论开始传播后不久，塞繆尔·巴特勒就开始思索自我复製机器发生变异、进化出意识的可能性。所以这个概念的歷史远比人们通常认为的要悠久，而且最初的构想也並非聚焦於微型机器。
来说第二点，我们现在或许就有能力製造出自我复製机器，这里体型的概念就很重要了。如果有一座自动化工厂四处移动，挖掘岩石並製造出全新的、设备齐全的工厂，那这就是一台自我复製机器。一台能够列印出自身的3d印表机，同样是自我复製机器。这类机器並非必须能自行製造生產原料，毕竟我们人类本身就是自我复製的“机器”，我们的细胞不仅无法直接將物质转化为食物，实际上还依赖许多相互依存但又独立存在的生命体来维持我们的生命活动。我们不只是以其他生物为食，肠道里还生活著大量的微生物，帮助我们消化食物。我们身体的每个细胞中甚至都有线粒体，它们依靠自身的遗传密码进行自我复製，这些“搭便车者”已经与我们共生了数亿年，形成了真正的共生关係，儘管我们的脱氧核糖核酸中並不包含编码它们的基因。所以，举例来说，一座能够自我复製的巨型工厂，即便其內部存在其他它所依赖、但自身无法製造的自我复製机器，它依然属於自我复製机器。
既然我们將其与生物体进行对比，那就来探討一下“自我复製机器是有生命的”这一说法。目前对於“生命”还没有一个公认的定义，但人们通常会將摄取营养、生长、排泄、繁殖以及適应和与环境互动的能力纳入生命的特徵。之所以很难为生命下一个明確的定义，是因为理论上，几乎去掉上述任何一个特徵，依然能合理地將某个事物称为生命，但这一点在我们討论创造和改造生命时，是一个重要的限定条件。我从未见过一个能涵盖所有常见生命形式，同时又將自我复製机器排除在外的生命定义，当然，这个定义可能会排除部分类型的自我复製机器。我这里说的並非那种模糊的说法，比如我们会说火焰是“活的”，晶体是“活的”，这並非文字游戏。我们想像中的典型自我复製机器，会具备一定的摄取营养的能力，当然也有繁殖能力，还会有类似脱氧核糖核酸的物质作为繁殖的蓝图。
这类机器並非必须具备生长或自我修復的能力，只要它能在自身通常出现损坏的时间之前，製造出另一台完整的成熟复製品就行。
生物体並不会通过这种直接製造出独立且成熟个体的方式繁殖，它们会先生长，然后分裂成两个个体，或者先產生小型的自身复製品，再由这些复製品发育成熟。
自我复製机器也可以被设计成这样的繁殖方式，但它还有第三种选择，那就是直接製造出成熟的个体。
不过，自我复製机器需要一份製造蓝图，这一点和任何生物体都一样。我不想创造新的术语，也不想简单称之为“机器脱氧核糖核酸”，我就直接称其为脱氧核糖核酸，儘管在大多数情况下，它几乎肯定不是真正的脱氧核糖核酸，但在某些情况下，它可以是。毕竟，製造出能自我复製的微型机器的一个捷径，就是改造现有细胞或病毒的脱氧核糖核酸或核糖核酸，让它们执行特定的任务。转基因生物就是自我复製机器的一个例子，而且这也是我们如今已经实现的技术。
这就引出了一个问题：我们製造这些机器的用途是什么？它们的任务或使命是什么？显然，除了自我复製，它们並非必须承担其他任务，但机器的製造本身就是带有目的性的。这类设备的用途多种多样，但主要有两大方向：一是用於地球之外的太空领域，二是用於人体或其他复杂设备內部。这是因为它们最吸引人的特质，就是能够进行自我修復，比如帮助人类从伤病中恢復，或者修復设备，这样我们就不用把设备扔掉或送去维修。这一点对於太空探测器来说尤为实用，因为这意味著我们可以发射一枚速度相对较慢的探测器，即便它要歷经数千年才能抵达目標太阳系，我们也能期待它抵达时依然能正常运作。
在继续深入探討之前，我想先破除一个常见的误区：自我复製机器必然会发生变异。我们人类会变异，其他生物会变异，当然，一群微型机器人也可能发生变异，但它们並非註定如此，即便是在漫长的天文时间尺度下也是如此。对於从最简单的生物体（据推测这些生物体最初是自行组装形成的）进化为更复杂的生物体来说，变异是绝对必要的，但如果是为了特定目的製造机器，变异就並非是理想的特徵。我可不希望我发射前往仙女座星系的探测器，在歷经数百万年的航行后发生变异。如果我把一本书交给一个人，让他一字不差地抄写，我们知道他肯定做不到，他会出一些差错。如果他把抄错的版本再交给另一个人，那个人大概率会把这些错误也抄下来，还会再添一些新的错误，如此反覆，最后抄出来的版本会和原版毫无相似之处，这就是变异。
如果这是我复製和保存信息的唯一方式，比如我是一位老国王，想確保抄写员能准確保存我的回忆录，我可以下令让三位不同的抄写员各抄一份。这样一来，即便原版被毁，他们也能逐字对比这三份抄本，要是发现其中一份的某个字和另外两份不同，他们就知道大概率另外两份是正確的，进而修正错误。
当然，也有可能那两位抄写员犯了同一个错误，或者三份抄本的某个地方都不一致，但这两种情况发生的概率都更低。不过，即便概率低，这些情况依然有可能发生，而且如果有上百万行的代码，经过上百万次的复製，就经常会出现两处相同的错误，或者某个地方三份抄本都不一致的情况。
如果增加到四份抄本，这种概率会进一步降低；增加到五份、六份，概率会更低，而且我们可以一直增加抄本数量，直到这种错误发生的概率变得极低，即便在整个宇宙的寿命周期內，这种错误发生一次的可能性都微乎其微。
所以，举例来说，我可以设定这样的机制：要製造一台新的机器，需要多台机器协同合作，就像有性繁殖一样，只不过参与的数量更多。比如，让20台机器匯聚成一个二十面体——一种有12个面、20个顶点的正多面体，每台机器位於一个顶点，在中间製造新的机器。在添加每一个新部件之前，它们会进行核对並达成一致。如果20台机器都对蓝图的某一部分达成一致，那就一切顺利；如果没有达成一致，那么持有正確信息的机器数量少於半数的概率低得离谱。我们之前也曾探討过这种极低概率的事件，但人类的大脑並不擅长理解这类概率问题，我敢肯定现在有些人会想：“话虽如此，但只要有概率，就总会发生。”
从技术上来说，这话没错，但当概率低到极致时，就变得毫无意义了——低到即便把宇宙中的每一个原子都变成这样的机器，我们一直等到所有恆星都燃尽，这种情况也未必会发生。
因此，我可以设定每台机器每年都需要和另外19台同伴进行一次数据核对，要是找不到这19台同伴，就自行关机。我们还可以设定各种各样不同“种类”的机器，以及应对意外情况的不同协议，你当然也可以脑补出各种离奇的情况，但这並非重点。你可能希望你的机器人发生变异，也可能不希望，但如果你想让机器人前往某个地方，並且確信它们在抵达前不会发生变异，这是能够实现的。
这是人们对冯·诺依曼探测器提出的异议之一，所以我想在深入探討之前先把这一点讲清楚。
约翰·冯·诺依曼提出了通用组装器的构想，这类机器也常被称为冯·诺依曼机器，也是“灰色粘质”概念的源头，这一构想催生了五种將其应用於深空探索的主要概念。其中一种是基础版本，我就直接称其为冯·诺依曼探测器，儘管其他四种也属於这一范畴。这五类分別是：第一，冯·诺依曼探测器；第二，布雷斯韦尔探测器；第三，地球化改造集群；第四，巴祖卡探测器集群；第五，灰色粘质集群。
基础的冯·诺依曼探测器，就是一款能够在星际间航行的探测器，它可以依靠微型机器人进行自我维护，还能在途经的星球停靠，进行维修、补充燃料，並自我复製出更多探测器，前往更多地方探索。
但在实际应用中，如果探测器能以这种方式自我修復，那么从太阳系发射所有探测器会是更好的选择。即便每个探测器的预算重达100吨，约为哈勃太空望远镜质量的10倍，我们也依然能利用一颗中等大小小行星的可用质量，製造出一万亿个这样的探测器，这个数量甚至超过了银河系中恆星的数量。
这些探测器都可以从太阳系出发，奔赴各个目標，而且会比发射少数几枚探测器更快抵达目的地——那些少数的探测器需要在最近的恆星处减速，製造更多探测器，新的探测器再减速，再製造更多，如此循环往復。
更好的做法是，利用这种自动化生產能力，让一枚小型探测器抵达目標后，捕获一颗小行星，將其改造成一个更大的发射站，这个发射站还能作为中继站，传递来自更远探测器的信息。
第二种是布雷斯韦尔探测器，你大概率在电影《2001太空漫游》中见过这类探测器的原型，影片中的黑色巨石就是布雷斯韦尔探测器。
布雷斯韦尔探测器的设计目的是与其他生命形式进行交流，因此它的体型需要小得多，且具备更强的適应性。
最简单的布雷斯韦尔探测器，能够进行自我修復，还能识別出有较大可能存在生命的行星，然后在附近降落，持续发射重复的无线电信號，內容包括如何与我们取得联繫，以及关於我们的一些基本信息，就像一个巨大的霓虹灯牌，上面写著“你好，这是我们的联繫方式”，还附带一份帮助对方理解我们语言的“罗塞塔石碑”。
这类探测器通常被设定为拥有人类水平甚至更高的智能，具备真正的思考和决策能力。
从技术上来说，布雷斯韦尔探测器並非必须是冯·诺依曼机器，但考虑到星际旅行的时间跨度，以及它抵达目標后可能需要等待的漫长时间，除非探测器本身是自我复製机器，或者能利用自我复製机器进行修復，否则你需要將其部件製造得极其坚固，才能指望它在如此漫长的时间里保持完好。
同样，从太阳系发射所有布雷斯韦尔探测器，让它们在抵达目標后自行组装成型，可能是更有利的做法。
这样做的好处是，探测器可以在一颗小行星上搭建基地，发射卫星进行监测，甚至派出地面探测器收集数据、尝试与外星生命接触，而不是一直待在原地广播信號。 ↑返回顶部↑
今天的主题是自我复製机器，尤其是冯·诺依曼探测器和巴祖卡探测器，我们將探討自我复製机器的基本概念以及关於它们的一些误解，之后再来討论这两种特定类型的机器还有其他几种类型。首先，有三件关於自我复製机器的事我们需要一开始就弄清楚：第一，自我复製机器不一定体型微小；第二，可以说我们现在就有能力製造出一台；第三，自我复製机器未必只是机械装置，它们也可以是有生命的。在科幻作品中，自我复製机器通常被设定为体型微小的纳米机器人，但它们其实完全没必要如此，纳米机器人也並非必须具备自我复製的能力。这类机器在作品中也往往被描绘成单一类型，可实际上，你完全能打造出由多种不同类型、不同尺寸组成的机器集群。通常来说，如果需要更大的机器，人们会让这些小机器拼接在一起组成大的，但这其实並非一种合理的做法。比如，如果我们需要金属来製造更多的微型机器人，一种常见的设定是让这些机器人从原材料中逐个剥离金属原子，但这种做法其实有点荒谬；另一种做法是让它们组合成传统的熔炉来冶炼金属，这同样十分荒唐，尤其是考虑到熔炉本身就是用要冶炼的这种金属製造的，这么做连熔炉本身都会被熔掉。其实更合理的做法是让这些机器人直接建造一座熔炉。这就打破了关於“灰色粘质”的经典概念，所谓灰色粘质，就是指一群像粘质一样的机器人吞噬整个星球。这个概念最初源於约翰·冯·诺依曼提出的通用组装器，也叫构造器，德雷克斯勒在此基础上进一步提出了分子组装器的概念，几乎所有纳米机器的相关构想都源於此。但自我复製机器的概念远比这更早，至少可以追溯到笛卡尔的时代，据说笛卡尔曾对瑞典女王克里斯蒂娜说，人体就是一台机器，而本身也是饱学之士的女王指著一座钟表，让他让这台钟表实现自我复製。
达尔文的理论开始传播后不久，塞繆尔·巴特勒就开始思索自我复製机器发生变异、进化出意识的可能性。所以这个概念的歷史远比人们通常认为的要悠久，而且最初的构想也並非聚焦於微型机器。
来说第二点，我们现在或许就有能力製造出自我复製机器，这里体型的概念就很重要了。如果有一座自动化工厂四处移动，挖掘岩石並製造出全新的、设备齐全的工厂，那这就是一台自我复製机器。一台能够列印出自身的3d印表机，同样是自我复製机器。这类机器並非必须能自行製造生產原料，毕竟我们人类本身就是自我复製的“机器”，我们的细胞不仅无法直接將物质转化为食物，实际上还依赖许多相互依存但又独立存在的生命体来维持我们的生命活动。我们不只是以其他生物为食，肠道里还生活著大量的微生物，帮助我们消化食物。我们身体的每个细胞中甚至都有线粒体，它们依靠自身的遗传密码进行自我复製，这些“搭便车者”已经与我们共生了数亿年，形成了真正的共生关係，儘管我们的脱氧核糖核酸中並不包含编码它们的基因。所以，举例来说，一座能够自我复製的巨型工厂，即便其內部存在其他它所依赖、但自身无法製造的自我复製机器，它依然属於自我复製机器。
既然我们將其与生物体进行对比，那就来探討一下“自我复製机器是有生命的”这一说法。目前对於“生命”还没有一个公认的定义，但人们通常会將摄取营养、生长、排泄、繁殖以及適应和与环境互动的能力纳入生命的特徵。之所以很难为生命下一个明確的定义，是因为理论上，几乎去掉上述任何一个特徵，依然能合理地將某个事物称为生命，但这一点在我们討论创造和改造生命时，是一个重要的限定条件。我从未见过一个能涵盖所有常见生命形式，同时又將自我复製机器排除在外的生命定义，当然，这个定义可能会排除部分类型的自我复製机器。我这里说的並非那种模糊的说法，比如我们会说火焰是“活的”，晶体是“活的”，这並非文字游戏。我们想像中的典型自我复製机器，会具备一定的摄取营养的能力，当然也有繁殖能力，还会有类似脱氧核糖核酸的物质作为繁殖的蓝图。
这类机器並非必须具备生长或自我修復的能力，只要它能在自身通常出现损坏的时间之前，製造出另一台完整的成熟复製品就行。
生物体並不会通过这种直接製造出独立且成熟个体的方式繁殖，它们会先生长，然后分裂成两个个体，或者先產生小型的自身复製品，再由这些复製品发育成熟。
自我复製机器也可以被设计成这样的繁殖方式，但它还有第三种选择，那就是直接製造出成熟的个体。
不过，自我复製机器需要一份製造蓝图，这一点和任何生物体都一样。我不想创造新的术语，也不想简单称之为“机器脱氧核糖核酸”，我就直接称其为脱氧核糖核酸，儘管在大多数情况下，它几乎肯定不是真正的脱氧核糖核酸，但在某些情况下，它可以是。毕竟，製造出能自我复製的微型机器的一个捷径，就是改造现有细胞或病毒的脱氧核糖核酸或核糖核酸，让它们执行特定的任务。转基因生物就是自我复製机器的一个例子，而且这也是我们如今已经实现的技术。
这就引出了一个问题：我们製造这些机器的用途是什么？它们的任务或使命是什么？显然，除了自我复製，它们並非必须承担其他任务，但机器的製造本身就是带有目的性的。这类设备的用途多种多样，但主要有两大方向：一是用於地球之外的太空领域，二是用於人体或其他复杂设备內部。这是因为它们最吸引人的特质，就是能够进行自我修復，比如帮助人类从伤病中恢復，或者修復设备，这样我们就不用把设备扔掉或送去维修。这一点对於太空探测器来说尤为实用，因为这意味著我们可以发射一枚速度相对较慢的探测器，即便它要歷经数千年才能抵达目標太阳系，我们也能期待它抵达时依然能正常运作。
在继续深入探討之前，我想先破除一个常见的误区：自我复製机器必然会发生变异。我们人类会变异，其他生物会变异，当然，一群微型机器人也可能发生变异，但它们並非註定如此，即便是在漫长的天文时间尺度下也是如此。对於从最简单的生物体（据推测这些生物体最初是自行组装形成的）进化为更复杂的生物体来说，变异是绝对必要的，但如果是为了特定目的製造机器，变异就並非是理想的特徵。我可不希望我发射前往仙女座星系的探测器，在歷经数百万年的航行后发生变异。如果我把一本书交给一个人，让他一字不差地抄写，我们知道他肯定做不到，他会出一些差错。如果他把抄错的版本再交给另一个人，那个人大概率会把这些错误也抄下来，还会再添一些新的错误，如此反覆，最后抄出来的版本会和原版毫无相似之处，这就是变异。
如果这是我复製和保存信息的唯一方式，比如我是一位老国王，想確保抄写员能准確保存我的回忆录，我可以下令让三位不同的抄写员各抄一份。这样一来，即便原版被毁，他们也能逐字对比这三份抄本，要是发现其中一份的某个字和另外两份不同，他们就知道大概率另外两份是正確的，进而修正错误。
当然，也有可能那两位抄写员犯了同一个错误，或者三份抄本的某个地方都不一致，但这两种情况发生的概率都更低。不过，即便概率低，这些情况依然有可能发生，而且如果有上百万行的代码，经过上百万次的复製，就经常会出现两处相同的错误，或者某个地方三份抄本都不一致的情况。
如果增加到四份抄本，这种概率会进一步降低；增加到五份、六份，概率会更低，而且我们可以一直增加抄本数量，直到这种错误发生的概率变得极低，即便在整个宇宙的寿命周期內，这种错误发生一次的可能性都微乎其微。
所以，举例来说，我可以设定这样的机制：要製造一台新的机器，需要多台机器协同合作，就像有性繁殖一样，只不过参与的数量更多。比如，让20台机器匯聚成一个二十面体——一种有12个面、20个顶点的正多面体，每台机器位於一个顶点，在中间製造新的机器。在添加每一个新部件之前，它们会进行核对並达成一致。如果20台机器都对蓝图的某一部分达成一致，那就一切顺利；如果没有达成一致，那么持有正確信息的机器数量少於半数的概率低得离谱。我们之前也曾探討过这种极低概率的事件，但人类的大脑並不擅长理解这类概率问题，我敢肯定现在有些人会想：“话虽如此，但只要有概率，就总会发生。”
从技术上来说，这话没错，但当概率低到极致时，就变得毫无意义了——低到即便把宇宙中的每一个原子都变成这样的机器，我们一直等到所有恆星都燃尽，这种情况也未必会发生。
因此，我可以设定每台机器每年都需要和另外19台同伴进行一次数据核对，要是找不到这19台同伴，就自行关机。我们还可以设定各种各样不同“种类”的机器，以及应对意外情况的不同协议，你当然也可以脑补出各种离奇的情况，但这並非重点。你可能希望你的机器人发生变异，也可能不希望，但如果你想让机器人前往某个地方，並且確信它们在抵达前不会发生变异，这是能够实现的。
这是人们对冯·诺依曼探测器提出的异议之一，所以我想在深入探討之前先把这一点讲清楚。
约翰·冯·诺依曼提出了通用组装器的构想，这类机器也常被称为冯·诺依曼机器，也是“灰色粘质”概念的源头，这一构想催生了五种將其应用於深空探索的主要概念。其中一种是基础版本，我就直接称其为冯·诺依曼探测器，儘管其他四种也属於这一范畴。这五类分別是：第一，冯·诺依曼探测器；第二，布雷斯韦尔探测器；第三，地球化改造集群；第四，巴祖卡探测器集群；第五，灰色粘质集群。
基础的冯·诺依曼探测器，就是一款能够在星际间航行的探测器，它可以依靠微型机器人进行自我维护，还能在途经的星球停靠，进行维修、补充燃料，並自我复製出更多探测器，前往更多地方探索。
但在实际应用中，如果探测器能以这种方式自我修復，那么从太阳系发射所有探测器会是更好的选择。即便每个探测器的预算重达100吨，约为哈勃太空望远镜质量的10倍，我们也依然能利用一颗中等大小小行星的可用质量，製造出一万亿个这样的探测器，这个数量甚至超过了银河系中恆星的数量。
这些探测器都可以从太阳系出发，奔赴各个目標，而且会比发射少数几枚探测器更快抵达目的地——那些少数的探测器需要在最近的恆星处减速，製造更多探测器，新的探测器再减速，再製造更多，如此循环往復。
更好的做法是，利用这种自动化生產能力，让一枚小型探测器抵达目標后，捕获一颗小行星，將其改造成一个更大的发射站，这个发射站还能作为中继站，传递来自更远探测器的信息。
第二种是布雷斯韦尔探测器，你大概率在电影《2001太空漫游》中见过这类探测器的原型，影片中的黑色巨石就是布雷斯韦尔探测器。
布雷斯韦尔探测器的设计目的是与其他生命形式进行交流，因此它的体型需要小得多，且具备更强的適应性。
最简单的布雷斯韦尔探测器，能够进行自我修復，还能识別出有较大可能存在生命的行星，然后在附近降落，持续发射重复的无线电信號，內容包括如何与我们取得联繫，以及关於我们的一些基本信息，就像一个巨大的霓虹灯牌，上面写著“你好，这是我们的联繫方式”，还附带一份帮助对方理解我们语言的“罗塞塔石碑”。
这类探测器通常被设定为拥有人类水平甚至更高的智能，具备真正的思考和决策能力。
从技术上来说，布雷斯韦尔探测器並非必须是冯·诺依曼机器，但考虑到星际旅行的时间跨度，以及它抵达目標后可能需要等待的漫长时间，除非探测器本身是自我复製机器，或者能利用自我复製机器进行修復，否则你需要將其部件製造得极其坚固，才能指望它在如此漫长的时间里保持完好。
同样，从太阳系发射所有布雷斯韦尔探测器，让它们在抵达目標后自行组装成型，可能是更有利的做法。
这样做的好处是，探测器可以在一颗小行星上搭建基地，发射卫星进行监测，甚至派出地面探测器收集数据、尝试与外星生命接触，而不是一直待在原地广播信號。 ↑返回顶部↑