394: מכונות משתכפלות וחקר הגלקסיה

13.3.23

בנייתן של מכונות משתכפלות - דהיינו, מכונות המסוגלות ליצור עותקים חדשים של עצמן - היא קלה יותר מכפי שאולי נדמה בתחילה. גשושיות רובוטיות משתכפלות שכאלה, מסתבר, הן גם הדרך המהירה והיעילה ביותר לחקור את הגלקסיה שלנו. אבל תובנה זו הביאה את הפיזיקאי פרנק טיפלר להסיק כי אם ישנן ציוויליזציות חייזריות אחרות, הרי שהגלקסיה שלנו כבר הייתה צריכה להיות שוקקת וגועשת במיליארדי גשושיות רובוטיות שכאלה. מכיוון שאנו לא רואים גשושיות שכאלה סביבנו - הרי שאנחנו לבד ביקום...או שלא?
כיצד נוכל לבנות מכונות משתכפלות, והאם תחוללנה המכונות הללו מהפכה דרמטית בחקר וכיבוש החלל?
האזנה נעימה :-)
רן

00:00 / 01:04

להורדת הפרק

לרשימת הפרקים המלאה

הרשמה לרשימת תפוצה בדוא"ל | אפליקציית עושים היסטוריה (אנדרואיד) | iTunes

מכונות משתכפלות וחקר הגלקסיה

כתב: רן לוי

ביום שמשי אחד בשנת 1950, פסעו ארבעה מדענים בשביליו של מכון המחקר לוס-אלמוס שבניו-מקסיקו, בדרך לארוחת צהריים. זו הייתה ארוחה חגיגית במיוחד, לכבודו של אחד מהם - הפיזיקאי המבריק וזוכה פרס הנובל אנריקו פרמי (Fermi) - שהגיע לביקור במכון אחרי שעזב אותו מספר שנים קודם לכן.

בדרך לחדר האוכל נסובה השיחה סביב כתבה שהופיעה בעיתון כלשהו מספר ימים קודם לכן, אודות 'צלחת מעופפת' - עב"ם - שנצפתה באזור. כל הארבעה היו תמימי דעים שצלחות מעופפות שכאלה הן קרוב לוודאי טעות בזיהוי או סתם תרמית, אבל הכתבה בעיתון הובילה אותם להתדיין בשאלה האם בכלל ישנן תרבויות חוצניות אחרות ביקום, ואם כן - מה הסבירות שיבקרו בכדור הארץ.

עד שהגיעו לחדר האוכל, השיחה כבר פנתה לכיוונים אחרים לגמרי - אבל אז, כאילו משום מקום, הרים פרמי את מבטו אל עמיתיו, ושאל אותם: 'אז…איפה כולם?...' השאלה הזו עוררה פרץ של צחוק מסביב לשולחן, כנראה מכיוון שלכולם היה ברור משום מה - אולי מתוך היכרותם הקודמת עם פרמי - שהפיזיקאי האיטלקי עדיין "תקוע" בנושא השיחה הקודם שלהם. אבל אנריקו פרמי התעקש: הוא לקח דף ועט וערך מספר חישובים פשוטים. כמה כוכבים יש בגלקסיה? כמה כוכבי לכת מקיפים אותם? מה הסיכוי שחיים יופיעו על כוכב לכת, ומה הסיכוי שתתפתח עליו ציוויליזציה מתקדמת מספיק כדי להוציא לפועל מסע בין-כוכבי אל מערכת השמש שלנו?

ברור שלכל השאלות הללו לא היו - ובמידה מסוימת אין גם היום - תשובות מוחלטות, אבל אפילו ההערכות השמרניות ביותר של אנריקו פרמי העלו שבהינתן העובדה שהגלקסיה שלנו היא בית לכמאה מיליארד שמשות, סביר מאוד שישנן כל כך הרבה ציוויליזציות חוצניות מתקדמות עד שברור לגמרי שלפחות אחת (אם לא כמה וכמה מהן) הייתה צריכה לבקר בשכונה שלנו כבר מזמן. ואם זה המצב, אז…איפה כולם? למה אנחנו לא רואים דרך הטלסקופים שלנו אף אינדיקציה לקיומם של חוצנים מתוחכמים שכאלה?...

ברבות השנים זכתה שאלתו האייקונית של אנריקו פרמי לשם 'רשמי' - פרדוקס פרמי - והפכה לאבן הפינה של כל דיון מדעי או פופולרי סביב שאלת קיומם של חיים אחרים ביקום.

מדענים רבים הציעו פתרונות שונים ומשונים לפרדוקס פרמי. אחד מהם היה מתמטיקאי אמריקאי בשם פרנק טיפלר (Tipler), שבשנת 1980 פרסם מאמר שעורר הדים רבים בקהילה המדעית. טיפלר הוא…"טיפוס". הוא אמנם למד ב-MIT היוקרתי, אבל חלק מהתיאוריות הפיזיקליות שהציע הן כל כך רחוקות מהמיינסטרים המדעי עד שיש רבים שרואים בהן פסאודו-מדע. אבל למרות המוניטין המעט-בעייתי שלו, הפתרון שהציע טיפלר לפרדוקס פרמי היה כל כך מסקרן ורב-עצמה, עד שאי אפשר היה להתעלם ממנו.

נקודת המוצא של טיפלר היא שהרצון לחקור את הגלקסיה צריך להיות משותף לכמעט כל התרבויות החוצניות באשר הן - ולו מהסיבה הפשוטה שמחקר שכזה הוא כורח הישרדותי: כל ציוויליזציה מתקדמת תרצה לחקור את המרחב שסביבה כדי לוודא שלא מסתתר שם איום עתידי כלשהו, או לכל הפחות כדי למצוא משאבים חדשים.

אחת הדרכים לחקור את הגלקסיה - ולמעשה, כפי שניווכח בהמשך, הדרך היעילה ביותר לחקור את הגלקסיה - היא באמצעות גשושיות שמסוגלות לשכפל את עצמן. איך זה עובד? הנה ההסבר. נניח שיש ביכולתנו לפתח גשושית - חללית רובוטית - שבהינתן המשאבים המתאימים בסביבתה, מסוגלת ליצור עותקים זהים של עצמה. נשלח גשושית כזו אל אחד הכוכבים הקרובים אלינו: זה יהיה מסע ארוך מאוד, אולי אפילו בן מאות שנים - וכשתגיע הגשושית סוף סוף ליעדה, היא תאתר שם ירח או אסטרואיד שמכילים את המתכות, מים, סיליקון וכל שאר החומרים שהיא זקוקה להם - ותיצור מהם שני עותקים חדשים של עצמה. שתי הגשושיות החדשות האלה ימריאו כל אחת לעבר מערכת שמש חדשה - וכשתגענה ליעדן, הן יצרו גם כן שני עותקים חדשים כל אחת, שיצאו לחקור עוד מערכות שמש, וכן הלאה וכן הלאה וכן הלאה.

בכל "דור" מספר הגשושיות שלנו מכפיל את עצמו: התחלנו עם אחת, ואז שתיים, בדור הבא יהיו ארבע גשושיות חדשות שנעות ברחבי הגלקסיה, ואז שמונֶה, ושש-עשרה, ושלושים ושתיים….עשיתי את החשבון: בתוך עשרים וארבעה דורות בלבד, יהיו לנו קרוב לשלושים ושלושה מיליארד גשושיות שכאלה. טיפלר חישב ומצא שגם אם לוקחים בחשבון את המרחקים העצומים שבין הכוכבים - בתוך שלוש מאות מיליון שנים לכל היותר תגענה הגשושיות האלה לכל מערכת שמש בגלקסיה שלנו. 300 מיליון שנה אולי נראים לנו כמו המון זמן - אבל במונחים קוסמיים, זהו ממש 'הרף עין': הגלקסיה שלנו, על פי ההערכות, היא בת למעלה משלושה עשר מיליארדי שנים.

המשמעות היא שאם הייתה אפילו ציוויליזציה חייזרית אחת ששלחה גשושית משתכפלת שכזו אי שם בעבר הרחוק - כיום הגלקסיה שלנו הייתה צריכה להיות רוחשת וגועשת במיליארדי גשושיות שכאלה, וכמעט בטוח שהיינו מוצאים אותן גם במערכת השמש שלנו. ובכל זאת - על אף כל ניסיונותינו, לא מצאנו ולו גשושית רובוטית חייזרית אחת שכזו. במילים אחרות, זהו ניסוח חדש לאותו פרדוקס שהעלה אנריקו פרמי: איפה כולם?...

פרנק טיפלר מנה ארבע פתרונות עקרוניים אפשריים לשאלה הזו.

אפשרות ראשונה: הסיבה שאנחנו לא מוצאים גשושיות חייזריות היא שמסע בין כוכבי הוא בלתי אפשרי מסיבה כלשהי. אבל הפתרון הזה כנראה לא נכון: כבר היום ברור לנו שמסע כזה אפשרי, לפחות מבחינה תיאורטית.

האפשרות השניה: כל התרבויות החוצניות באשר הן החליטו, מסיבותיהן שלהן, שלא לשלוח גשושיות משתכפלות כדי לחקור את הגלקסיה. אבל גם זה לא יכול להיות הפתרון הנכון, שהרי אם היו הרבה ציוויליזציות חוצניות שכאלה לאורך הזמן - מה הסבירות שכולן, ללא יוצא מן הכלל, קיבלו את אותה ההחלטה בדיוק? מספיק שרק ציוויליזציה חייזרית אחת בלבד תחליט לשלוח גשושיות כדי שכל מה שתיארתי קודם יתרחש.

אפשרות שלישית: גשושית שכזו כבר הגיעה בעבר למערכת השמש שלנו - אבל כך הדבר, עד כה לא מצאנו בדל של ראיה לפעילות של כרייה ובניה איפה שהוא במערכת השמש, כשהגשושית הייתה יוצרת עותקים חדשים של עצמה.

והאפשרות הרביעית: גשושית כזו עדיין לא הגיעה אלינו, אבל היא בדרך. זה פתרון אפשרי - אבל מאד מאוד לא סביר: בהינתן גילה המופלג של הגלקסיה שלנו, הסבירות ש'נפלנו' בדיוק על אותם מאות שנים ספורות שבהן הגשושית עושה את דרכה אלינו נמוכה יותר מהסיכוי לזכות בלוטו.

ומכיוון שפסלנו את כל ארבעת הפתרונות האפשריים, אומר טיפלר, נותרנו עם מסקנה אחת בלבד: אין אף ציוויליזציה חייזרית בגלקסיה, מלבד זו שלנו. זה הפתרון לפרדוקס של פרמי: אנחנו לבד. מדוע? מי יודע. אולי אינטליגנציה היא תופעה מאד מאוד נדירה ביקום, או שאולי ישנו איזה 'פילטר קוסמי' שמונע מציוויליזציות להתפתח לרמה שמאפשרת להם לעזוב את מערכת השמש שלהן: אולי הן הורגות את עצמן בשואה גרעינית, או סוג של וירוס קטלני, או פגיעת אסטרואיד…אנחנו פשוט לא יודעים.

מאמרו של טיפלר היכה גלים בקהילה המדעית: קשה מאוד להתווכח עם החישובים המתמטיים וההגיון הקר של טיעוניו. ואם טיפלר צודק, יכול מאוד להיות שהאנושות נמצאת תחת איום מפחיד מאוד - איום שאנחנו כלל איננו מבינים אותו עדיין: משהו שעשוי להשמיד אותנו בעתיד הלא מאוד רחוק. מטריד. מטריד מאוד אפילו.

לא כל המדענים מסכימים עם מסקנותיו של טיפלר, ואחד המדענים שהתייצב מולו עם טיעונים מנוגדים היה לא אחר מאשר קארל סאגאן (Sagan), מגדולי האסטרופיזיקאים של המאה העשרים. אני אחזור בהמשך לויכוח בין טיפלר וסאגאן - אבל ראשית, תרשו לי להפנות את הזרקור אל הטכנולוגיה שנמצאת בבסיס טיעוניו של טיפלר: היכולת של הגשושיות ההיפותטיות להשתכפל וליצור עותקים חדשים של עצמן.

אני מניח שחלקכם ודאי תוהים עד כמה קשה ומאתגר יהיה לפתח מכונה שתהיה מסוגלת לשכפל את עצמה.

כשמדובר בתוכנות מחשב - "מכונות" וירטואליות שעשויות ממידע טהור - זה די קל: התוכנות הראשונות שמסוגלות לשכפל את עצמן הופיעו כבר בשנות השישים של המאה הקודמת, זמן קצר יחסית לאחר הופעתם של המחשבים הדיגיטליים הראשונים - ואתם כנראה מכירים את הגלגול המודרני שלהן: וירוסים למחשב. אבל מה לגבי מכונות פיזיות, כאלה שעשויות לא מאחדות ואפסים אלא מברזל, עץ או פלסטיק?

האינטואיציה אומרת שזה כנראה אתגר משמעותי. ה'מכונות' היחידות שאנחנו מכירים בעולם האמיתי שמסוגלות לשכפל את עצמן הן יצורים ביולוגיים - צמחים, בעלי חיים, חיידקים וכדומה - ואפילו הבקטריה הפשוטה ביותר שאנחנו יכולים להעלות על הדעת היא מכונה כל כך מסובכת ומורכבת עד שאין אף מדען שאפילו מעלה על הדעת את האפשרות שנהיה מסוגלים ליצור חיידק שכזה יש מאין בעתיד הנראה לעין. המנגנון התאי של שכפול הדנ"א לבדו הוא מורכב ומתוחכם במידה שלא תאמן. ואם רק הביולוגיה יכולה להפיק יצורים שמסוגלים לשכפל את עצמם - איזו תקווה יש לנו לבנות מכונה שכזו?

אבל האמת המפתיעה היא ששכפול עצמי הוא עניין די פשוט. נכון, יצורים חיים הם מכונות מורכבות במידה שלא תאמן - אבל כמעט כל המורכבות הזו נועדה כדי לאפשר ליצור החי לשרוד בעולמנו חסר-הרחמים: למצוא אוכל, לחמוק מטורפים, דברים שכאלה. שכפול עצמי כשלעצמו הוא לא כזה ביג דיל - ואילו ההשלכות הכלכליות והטכנולוגיות של פיתוחן של מכונות שמסוגלות לבצע שכפול עצמי עשויות להיות כה דרמטיות, עד שישנו את עולמנו מהקצה אל הקצה.

המתמטיקאי ג'ון פון נוימן נחשב בעיני רבים לאחד הגאונים הגדולים שצמחו לאנושות במחצית הראשונה של המאה העשרים. הוא התעניין במגוון רחב מאוד של בעיות, כמו למשל תכנון של מחשבים דיגיטליים - תחום שבו תרומתו הייתה כה משמעותית, עד שיש מי שרואים את אבי טכנולוגיית המחשב המודרנית. אחת השאלות שסיקרנו במיוחד את פון נוימן הייתה השאלה: האם ניתן ליצור מכונות אשר מסוגלות לשכפל את עצמן, בדומה לאופן שבו יצורים ביולוגיים מתרבים בטבע? פון נוימן לא היה הראשון ששאל את עצמו את השאלה הזו, כמובן - אבל כן היה הראשון שניתח את הבעיה באמצעים מתמטיים וחקר את התנאים הבסיסיים החיוניים לקיומה של מכונה כזו.

עיקר עבודתו של פון נוימן בתחום הזה הוקדשה לסוג ספציפי של מכונות תיאורטיות, כאלה שאין להן קיום גשמי במציאות, בשם Cellular Automata: מכונות שמעצם טבען נוחות לתיאור וניתוח בכלים מתמטיים. ואכן, פון נוימן הגיע לכמה תובנות רבות עוצמה בזכות ניתוחיו: למשל, הוא הראה שמכונה המסוגלת לשכפל את עצמה חייבת להיות מסוגלת להוריש את המידע שמגדיר אותה - את שרטוטי ההרכבה שלה, אם תרצו - לצאצאים שלה, בנפרד מהיכולת לתרגם את השרטוטים האלה לבניית המכונה עצמה. התובנות האלה הקדימו בשנים רבות את גילוי הדנ"א והרנ"א, שמסתבר שפועלים בדיוק לפי העקרונות שהתווה: הדנ"א אוצר את המידע הגנטי, והרנ"א הוא חלק מהמנגנון שמתרגם את המידע הזה ליצירת החלבונים שמהם עשוי גופנו.

ולמרות שלא ניתח אותן באותה מידה של יסודיות מתמטית, פון נוימן הקדיש מחשבה מרובה גם למכונות פיזיות, כאלה שניתן לבנות בעולם האמיתי: מכונות 'קינמטיות', כפי שהן מכונות בעגה המקצועית. הוא הוכיח שניתן לבנות מכונות שמסוגלות לשכפל את עצמן, ואף הגדיר את הרכיבים הבסיסיים הדרושים למכונה שכזו.

אגב, ראוי לציין שישנו סוג נוסף של מכונות - ננו-מכונות, מכונות מיקרוסקופיות - שבאופן תיאורטי מסוגלות גם כן לשכפל את עצמן, אבל מכיוון שמדובר בתחום עם אתגרים ייחודיים ומורכבים מאוד, אגביל את הדיון בפרק הזה אך ורק למכונות גדולות יחסית, כאלה שאנחנו יכולים לראות בעיניים.

הראשונים שהדגימו את ההיתכנות המעשית של מכונה המסוגלת לשכפל את עצמה היו הגנטיקאי ליונל פנרוז (Penrose) ובנו הפיזיקאי רוג'ר פנרוז, שבשלהי שנות החמישים יצרו את המכונות הראשונות שהיו מסוגלות לשכפל את עצמן באופן עצמאי. למען האמת, אפילו המילה 'מכונות' היא קצת הגזמה: אלה היו בלוקים מעץ - דיקט, אם אתם ממש סקרנים - שהפנרוזים חתכו ושייפו לשתי צורות ספציפיות שנכנה אותן A ו-B. שני החוקרים יצרו כמה בלוקים מכל סוג והניחו אותם על מסילה קצרה שבה הם היו חופשיים לנוע לשני הכיוונים, כך שכל בלוק יכול להתנגש עם הבלוקים שמשני צידיו.

במצב רגיל, התנגשות בין בלוקים לא עושה דבר. אבל אם לוקחים שני בלוקים, אחד מסוג A ואחד מסוג B, ומחברים אותם כמו שתי קוביות לגו, מקבלים צורה חדשה - נכנה אותה 'צורה AB' - שבזכות המבנה הייחודי שלה גורמת לכך שכל שאר הבלוקים שמתנגשים בה על המסילה מתחברים גם הם ליצירת צורות AB חדשות. במילים אחרות, צורה AB מסוגלת לשכפל את עצמה בעזרת "משאבים" שהיא מוצאת בסביבתה - צורות מסוג A ו-B ש'צפות' בים הדמיוני שהוא המסילה הקצרה. ליונל פנרוז המשיך לשכלל את המכונות האלה ובהמשך יצר דגמים נוספים שמסוגלים לנוע לכל הכיוונים (ולא רק על מסילה צרה) וליצור מבנים מורכבים ומתוחכמים יותר.

המכונות הפשוטות של ליאונל ורוג'ר פנרוז לא היו מסוגלות לבצע שום פעולה מעשית, במובן של לייצר משהו או לבצע עבודה משמעותית - אבל תרומתן הגדולה הייתה בעצם קיומן: הפנרוזים הוכיחו ששכפול עצמי הוא עניין טכני פשוט יחסית, ולא דורש מורכבות גדולה כמו שזו שניתן למצוא ביצורים ביולוגיים. תובנה זו הסעירה את דמיונם של חוקרים רבים, שהחלו שואלים את עצמם אילו בעיות נוכל אולי לפתור אם יהיו ברשותנו מכונות שמסוגלות לשכפל את עצמן.

אחד מאותם חוקרים היה הפיזיקאי פרימן דייסון (Dyson), שאולי מוכר לחלקכם בזכות רעיונות עתידניים ומסעירים שהעלה כדוגמת 'כדור דייסון' ו-'עצי דייסון'. כשהפנה דייסון את הדמיון העשיר שלו אל תחום השכפול העצמי, הוא העלה כמה רעיונות מסעירים לא פחות.

למשל: ידוע שבמדבר הסהרה יש המון שמש. מדוע אנחנו לא מקימים שם קולטי שמש כדי לנצל את האנרגיה החינמית הזו? הסיבה ברורה: כי זה יקר. צריך לייצר המון קולטי שמש, לשנע אותם למדבר ולמתוח מהם כבלים שיוליכו את החשמל אל המקומות המרוחקים שבהם הוא נדרש באמת. לו היו לנו קולטי שמש שמסוגלים לשכפל את עצמם, הציע דייסון, היינו יכולים לפתור את הבעיה הזו בקלות: קולטי השמש היו מנצלים את האנרגיה הזמינה כדי לשכפל את עצמם בעזרת חומרים שהיו מוצאים במדבר בכוחות עצמם, כולל ייצור של הכבלים הדרושים, ואז היינו מקבלים חוות ענקיות של קולטי שמש - פחות או יותר בחינם: העלות היחידה הייתה זו של פיתוחו וייצורו של קולט השמש המשתכפל הראשון. אותו הרעיון יכול לעבוד גם במקרה של התפלת מים: במקום שנקים מפעלי התפלה ענקיים בהשקעה כספית אדירה, נתכנן מכונת התפלה קטנה יחסית שתהיה מסוגלת להתפיל מים בחוף הים בעזרת אנרגיית השמש, ואז לשנע את המים שהתפילה לתחנות שאיבה שיוקמו בצמתים מרכזיים. מכונת ההתפלה תשכפל את עצמה במיליוני עותקים מתוך החומרים שתמצא בים ובחוף, וכך נפתור את בעיית המים העולמית - שוב, בעלות זניחה כמעט.

אבל שום דבר מזה - ואפילו שום דבר שמתקרב לזה - לא קרה: לא רק שהסהרה לא מרוצף בקולטי שמש ומתפילי מים אוטונומיים לא מפריעים לנו לשחק מטקות בים, אין אפילו מפעל אחד שבו מכונות הייצור יוצרות, לצד המוצרים הרגילים, גם עותקים חדשים של עצמן. לאורך השנים נעשו עשרות ואולי מאות ניסיונות לפתח מכונות שכאלה מחומרים שונים ומשונים - מלגו ועד מתכות מתקדמות - אבל אף אחד מהם לא הוביל למוצר מעשי. ממשלת יפן השקיעה, בשנות השבעים והשמונים של המאה הקודמת, עשרות מיליוני דולרים ביוזמות שונות של הקמת מפעלים אוטונומיים - אבל אף אחת מהן לא התרוממה. הכי קרוב שהגענו להגשמת החזון הזה הן קרוב לוודאי סוג מסויים של מדפסות תלת-מימד בשם RepRap שתוכננו כך שהן מסוגלות להדפיס את החלקים שמהן ניתן לבנות מדפסת RepRap חדשה - אבל, וזה אבל גדול, עדיין נדרש אדם כדי להרכיב את המדפסת מחלקיה השונים, כך שלא מדובר בשכפול עצמי במלוא מובן המילה.

הגורם המשותף לכל הכשלונות האלה הוא עלות הפיתוח הגבוהה של מכונות המסוגלות לשכפל את עצמן. אמנם ליונל ורוג'ר פנרוז הוכיחו שניתן ליצור מכונות שכאלה אפילו מדיקט - אבל בעולם האמיתי מדובר באתגר שונה לגמרי: אפילו המכונה הפשוטה ביותר דורשת מאות עד אלפי חלקים מכניים ואלקטרוניים, מקור אנרגיה וכמובן בינה מלאכותית טובה מספיק כדי לאפשר לה להתמודד עם האתגר של ייצור והרכבת עותק חדש של עצמה. האתגר הזה הוא כל כך מורכב, עד שבאופן מעשי תמיד זול ופשוט יותר להסתפק באוטומציה חלקית בלבד ולתת לבני האדם לעשות את שאר העבודה.

פרימן דייסון היה מודע, כמובן, לאתגר הזה. כבר ב-1970 הוא אמר את הדברים הבאים.

"ממלכתם האמיתית של מכונות המסוגלות לשכפול עצמי תהיינה אותם אזורים במערכת השמש שאינם מסבירי פנים לבני האדם. מכונות העשויות מברזל, אלומיניום וסיליקון לא זקוקות למים. הן מסוגלות לשגשג ולפרוח על הירח, במאדים או בין האסטרואידים ולהוציא לפועל פרוייקטים תעשייתיים אדירים מבלי לסכן את האקולוגיה על כדור הארץ. הן יצרכו אור וסלעים, ולא יזדקקו לשום חומרי גלם אחרים."

במילים אחרות, במקומות שבהם אי אפשר לתת לבני האדם לעשות את 'שאר העבודה' - שם תוכלנה המכונות המסוגלות לשכפול עצמי לתרום תרומה מכרעת. גם מערך השיקולים הכלכליים משתנה לגמרי כשמדובר בסביבת החלל: העלות של שיגור מטען לחלל היא גבוהה מאוד, עד כדי אלפי דולרים לכל קילוגרם, וכשמדובר בהקמת מבנים גדולים - למשל, תחנת חלל או בסיס על הירח - מבנים שדורשים מאות טונות של חומר, יכול מאוד להיות שעלות הפיתוח של רובוטים שיהיו מסוגלים לכרות משאבים באופן אוטונומי, ליצור עותקים חדשים של עצמם ולהקים את המבנה הרצוי תהיה שווה או זולה יותר מאשר עלות שיגורם של כל אותם חומרי גלם ובני האדם שיעשו את העבודה.

כדוגמה לטענותיו, הציע דייסון את התרחיש הבא. מאדים, כידוע, הוא מדבר צחיח - אבל אנקלדוס, ירחו של שבתאי, עשיר בקרח. נשלח לאנקלדוס גשושית שתהיה מסוגלת לשכפל את עצמה, ובמקביל לכרות את הקרח שתמצא על הירח הקטן: הגשושיות המשוכפלות ימריאו מאנקלדוס כשהן נושאות עימן את הקרח ואז יתרסקו על מאדים כמו מטאוריטים ויפזרו את הקרח על פניו. בתוך כמה אלפי שנים לכל היותר, חזה דייסון, נוכל למלא את מאדים בימים ואגמים ולהפוך אותו למתאים יותר למחייתם של בני האדם.

רעיונות כמו אלה של דייסון חלחלו, כצפוי, גם אל סוכנות החלל האמריקאית, שבראשית שנות השמונים יזמה את הקמתן של מספר קבוצות עבודה כדי לבחון את הכדאיות וההיתכנות המעשית של יוזמות שכאלה, מתוך הבנה שכיום, בהינתן מגבלות התקציב הקיימות, אין שום דרך מעשית להקים פרויקטים גדולים בחלל כדוגמת מפעלי ייצור גדולים על אדמת הירח.

אחת מקבוצות העבודה בחנה תרחיש של הקמת חוות קולטי שמש על הירח שתהיה מסוגלת להפיק כמויות גדולות של אנרגיה סולארית, בעלות של לא יותר ממיליארד דולר ומגבלה של כמאה טון על כמות החומרים שניתן 'לייבא' מכדור הארץ. המהנדסים והמדענים שניתחו את התרחיש הגיעו למסקנה שבעזרת הטכנולוגיות המקובלות בימינו פרויקט כזה ייארך כששת אלפים שנה - בעוד שאם נשתמש במכונות משתכפלות כדי להקים את החווה, זה ייקח רק…עשרים שנה. זה הכל.

כמובן שישנם אתגרים נוספים לפרויקט שכזה, אפילו מעבר לעלות ולמורכבות הפיתוח של הרובוטים המשתכפלים: למשל, יש חומרים חיוניים שפשוט אי אפשר למצוא על הירח - כמו כלור, לדוגמא - שנהיה חייבים להביא מכדור הארץ. אבל באופן מפתיע, דווקא האתגר הזה מצביע על אפשרות שעשויה להפוך את החזון של מכונות משתכפלות למעשי ואפשרי יותר.

אחת האמיתות הכמעט ברורה-מאליה היא שככל שהמכונה המדוברת מתוחכמת יותר - כך יהיה קשה ומאתגר יותר להעניק לה יכולת לשכפול עצמי מתוך חומרי גלם בסיסיים. אם יש לך קרש מדיקט, קל יחסית לייצר ממנו בלוק של דיקט - אבל מה לגבי…שבב סיליקון, למשל? אפילו כאן, על כדור הארץ, תהליך הייצור של שבבי סיליקון הוא כה מורכב עד שבכל העולם כולו יש רק מספר זעום יחסית של מפעלים (Fab-ים) המסוגלים לייצר שבבים מתקדמים. יהיה קשה מאוד - אולי אפילו בלתי אפשרי בגבולות הטכנולוגיה הנוכחית - לפתח מכונה שתוכל לייצר שבבים ללא מגע יד אדם מתוך סיליקון שתכרה מסלעי הירח.

פתרון אפשרי אחד לאתגר הזה הוא, באופן פרדוקסלי, "לשנמך" את הטכנולוגיה שממנה תהיינה עשויות המכונות האלה: זאת אומרת, להחליף טכנולוגיות מתקדמות ומורכבות בטכנולוגיות פשוטות יותר, אבל כאלה שעדיין יכולות "לעשות את העבודה." למשל, אם קשה לייצר טרנזיסטורים מוליכים-למחצה - אז נחליף אותם בשפופרות ואקום, כמו אלו שמהן היו עשוים המחשבים בשנות הארבעים של המאה הקודמת. אם קשה לייצר סוללת ליתיום-יון מתקדמת, נחליף אותה בגלגל תנופה גדול וכבד שיסתובב במהירות ויאגור אנרגיה באמצעים מכניים במקום כימיים. נכון, קצת מוזר לחשוב על רובוטים גדולים ומסורבלים בסגנון SteamPunk מסתובבים על הירח ובונים עליו מפעלי תעשייה - אבל בסופו של דבר מדובר על שלב ביניים זמני בלבד, רק עד שהמפעלים המדוברים ייכנסו לפעולה ויוכלו לייצר מכונות מתוחכמות יותר.

פתרון אפשרי נוסף לוקח השראה מהאופן שבו פתרה הביולוגיה את אותו האתגר בדיוק. גם אנחנו, בני האדם, עושים שימוש בחומרים חיוניים שגופנו לא מסוגל לייצר בכוחות עצמו מהמזון שאנחנו צורכים: אלו הם הויטמינים. הדוגמא המוכרת ביותר, אולי, היא ויטמין C שאנחנו מקבלים מפירות הדר וירקות מסוימים, ומי שאין לו גישה למזונות האלה - כמו למשל ימאים בתקופות קדומות - עשוי לסבול משורה ארוכה של בעיות בריאותיות, עד כדי מוות.

המאפיין החשוב של הויטמינים הביולוגיים, בהקשר שלנו, הוא שגופנו זקוק רק לכמויות זעירות מאוד מהן, כמויות שקל לו מאוד להשיג אותן בשגרה - ואותו הרעיון עשוי להיות מעשי גם עבור מכונות משתכפלות בחלל. רוב הרכיבים האולטרא-מתוחכמים עליהם דיברנו - כדוגמת שבבים וסוללות - הם קטנים וקלים יחסית: למעשה, זו חלק מהסיבה שבגללה הם קשים כל כך לייצור… בשיגור אחד אפשר יהיה לשלוח לחלל כמויות גדולות יחסית של רכיבים כאלה, ואז הרובוטים המשתכפלים יצטרכו להיות מסוגלים לייצר בכוחות עצמם רק את החלקים הפשוטים וה'גסים' יותר - מה שיהפוך את הפרויקט כולו לזול ומעשי יותר. באותו האופן, אגב, אפשר יהיה לתכנן את הרובוטים האלה כך שהבינה המלאכותית שלהם תאפשר להם לבצע משימות פשוטות בצורה אוטונומית - אבל משימות מורכבות יותר עדיין יבוצעו "בשלט רחוק" על ידי מפעילים מכדור הארץ או תחנת החלל. במילים אחרות, 'להתפשר' על החזון של שכפול עצמי מושלם - לטובת שיקולים הנדסיים מעשיים יותר.

התמונה המתקבלת, אם כן, היא של חזון טכנולוגי מאתגר ומורכב - כנראה מורכב יותר מכל מה שעשתה האנושות עד היום - אבל בה בעת, גם חזון שנראה אפשרי מאוד. נכון, זה יהיה סיפור יקר וממושך מאוד - אבל זו לא תהיה הפעם הראשונה שבני האדם הצליחו להוציא לפועל פרויקטי ענק יקרים וממושכים. אם נצליח לעמוד באתגרים האלה - ואין סיבה להניח שלא נצליח - אז אפשר להתחיל לחלום ברצינות על הקמתן של מושבות חלל ענקיות ברחבי מערכת השמש וערים גדולות על כוכבי לכת אחרים. הרובוטים המשתכפלים יקימו עבורנו את התשתיות החיוניות - המבנים, מתקני התעשיה וכדומה - ובני האדם יאכלסו את המבנים האלה לכשיהיו מוכנים.

במילותיו של הפיזיקאי האמריקני פרופ' ג'רמי ברנשטיין (Bernstien) -

"אני מאמין כי, בהסתמך על ההיסטוריה של הטכנולוגיה, טבע האדם הוא כזה שמה שניתן לבנות באופן תיאורטי - בסופו של דבר ייבנה [במציאות]. מכונות בעלות יכולת לשכפול עצמי הן אפשריות בעיקרון, [ולכן] לדעתי ייבנו בסופו של דבר. מתי, על ידי מי ולשם מה - אין לי שמץ של מושג."

---

החזון המדע-בדיוני הזה מחזיר אותנו אל הנקודה שעימה פתחתי את הפרק: פרדוקס פרמי, וחקר הגלקסיה באמצעות גשושיות רובוטיות בעלות יכולת של שכפול עצמי - חלליות שמכונות גם 'גשושיות פון נוימן', לכבודו של המתמטיקאי פורץ הדרך.

כמובן, אין חובה שהגשושיות שנשלח יהיו מצוידות בהכרח ביכולת לשכפול עצמי: אפשר בהחלט לשלוח גם גשושיות 'רגילות' שיחקרו את הכוכבים הסמוכים אלינו, ואפילו יצרו קשר עם תרבויות חוצניות שאולי יגלו שם. החוקר האוסטרלי פרופ' רונלד ברייסוול (Bracewell) הציע, עוד בשנות השישים של המאה הקודמת, לשלוח גשושיות שכאלה שיהיו מצויידות בבינה מלאכותית מתוחכמת שתוכל 'לייצג' אותנו אל מול חוצנים רחוקים, לספר להם עלינו ולשמש כמעין שגרירות של המין האנושי. פתרון כזה, ציין ברייסוול, עשוי להיות עדיף על פני תקשורת רדיו עם החוצנים במקרים שבהם אנחנו לא בטוחים לגמרי שפניהם של החוצנים האלה לשלום. זאת מכיוון שכשמדובר בתקשורת רדיו, קל מאוד לזהות מהיכן בדיוק מגיעים השידורים - אבל הרבה יותר קשה לדעת מהיכן בדיוק הגיעה גשושית פיזית, כך שאם החייזרים יבקשו לכבוש או להשמיד את כדור הארץ, הם לא ימצאו אותנו בקלות.

אבל מבחינה כלכלית טהורה, גשושיות ברייסוול - כפי שמכונות הגשושיות הבלתי-משתכפלות האלה - הן פתרון טוב רק כשמדובר בחקר כוכבים קרובים יחסית. המהנדס והננו-טכנולוג רוברט פריטאס (Feritas), שהיה הראשון שניתח באופן מעמיק את האפשרות המעשית לחקור את הגלקסיה באמצעות גשושיות משתכפלות, הגיע למסקנה שגשושיות ברייסוול הן פתרון יעיל מבחינה מעשית רק עבור כוכבים במרחק של עד כמאה שנות אור מאיתנו. מעל למרחק הזה, יהיה הרבה יותר זול ומהיר לחקור את הסביבה הגלקטית באמצעות גשושיות משתכפלות. כהערת אגב ניתן לציין שמהמסקנה הזו נובע שאם אי פעם נגלה גשושית חייזרית במערכת השמש שלנו, ויסתבר לנו שהיא אינה מסוגלת לשכפל את עצמה - נוכל להניח במידה גבוהה של סבירות שהתרבות החייזרית ששלחה אותנו נמצאת במרחק של פחות ממאה שנות אור מכדור הארץ: ממש ב"שכונה" שלנו, במונחים קוסמיים…

השימוש בגשושיות משתכפלות מביא עימו גם לא מעט דילמות מוסריות ואתיות. למשל, עד כמה חובה עלינו לוודא שאין חיים במערכת השמש שאליה תגיע הגשושית, לפני שהיא מתחילה להשתמש במשאבים המקומיים כדי לשכפל את עצמה? ואם ישנם חייזרים אינטליגנטיים במערכת השמש הזו - האם זה מוסרי מבחינתנו לשלוח גשושית למערכת שמש אחרת ולהתחיל לפרק שם אסטרואידים וירחים - מבלי לקבל את אישורם של אותם חייזרים? זו לא רק שאלה אתית: פעולה שכזו עלולה להיתפס בעיני החייזרים כפעולה עויינת, על כל המשמעויות הנובעות מכך. אחרי הכל, איך אנחנו היינו מגיבים אם לפתע פתאום היינו מגלים גשושית חייזרית שנוחתת על הירח "שלנו" ומתחילה לפרק אותו לגורמים לצרכיה שלה?...

אבל ברשותכם נניח את השאלות המוסריות והדיפלומטיות בצד, ונשוב לפרדוקס פרמי ולפתרון של פרנק טיפלר שטען, כזכור, שמכיוון שקל יחסית לבנות גשושיות משתכפלות, ומכיוון שהגלקסיה שלנו קיימת מספיק זמן כדי שיקומו בה פוטנציאלית המוני ציוויליזציות חייזריות - עצם העובדה שאנחנו לא רואים גשושיות חייזריות מבקרות במערכת השמש שלנו - משמעה שאנחנו לבד ואין אף ציוויליזציה חייזרית אחרת בגלקסיה.

כאמור, הטיעון הזה עורר הדים רבים בקהילה המדעית, ושני אסטרונומים מובילים - קרל סאגאן ו-וויליאם ניומן (Newman) השיבו לטיעוניו של טיפלר במאמר משלהם.

סאגאן וניומן מסתמכים על עיקרון עתיק יומין במדע המכונה 'העיקרון של קופרניקוס.' ניקולס קופרניקוס, כזכור, היה זה שגילה שכדור הארץ לא נמצא במרכז היקום - אלא הוא בסך הכל עוד כוכב לכת אחד מתוך מיליוני גופים בגדלים שונים שסובבים את השמש. במרוצת השנים גילו המדענים שאותו העיקרון תקף כמעט לגבי כל דבר ביקום שלנו. פעם חשבנו שבני האדם שונים ומיוחדים ביחס לשאר החיות בטבע - והיום אנחנו יודעים שאנחנו בסך הכל עוד תוצר של אותו תהליך אבולוציוני שיצר את כל היצורים החיים שסביבנו. פעם חשבנו שהשמש שלנו מיוחדת: היום אנחנו יודעים שהיא בסך הכל עוד כוכב שגרתי וחסר חשיבות מתוך מיליארדי כוכבים בגלקסיה. פעם חשבנו שהגלקסיה שלנו מיוחדת: היום אנחנו יודעים שהיא בסך הכל עוד גלקסיה שגרתית וחסרת חשיבות מבין טריליוני גלקסיות ביקום הנראה. במילים אחרות: אין בנו ובמערכת השמש שלנו שום דבר מיוחד ויוצא דופן.

ואם אין בנו שום דבר מיוחד ויוצא דופן, שואלים סאגאן וניומן - מדוע שדווקא אנחנו נזכה להיות הציוויליזציה התבונית היחידה בגלקסיה? במילותיו של סאגאן -

"בהתחשב בהיסטוריה הארוכה של [העיקרון של קופרניקוס], מה יותר סביר: שאנחנו, במקרה לגמרי, הזוכים היחידים במירוץ בין [מאות מיליוני משתתפים] (כוכבי לכת שיש בהם תנאים מתאימים להווצרות חיים אינטליגנטיים - ר.ל.), מירוץ שנמשך כבר חמש עשרה מיליארדי שנים - או שיש איזו שהיא טעות בטיעוניו של טיפלר?..."

אפשר לראות את ההגיון בטיעון הזה - אבל, בכל זאת, איך מתמודדים שני האסטרונומים עם הטיעונים המשכנעים שהעלה המתמטיקאי? ובכן, גורסים סאגאן וניומן - ישנן שתי אפשריות עקרוניות: או שישנה איזושהי הגבלה על יכולת השכפול של הגשושיות, הגבלה שמונעת מהן למלא את הגלקסיה באינספור עותקים של עצמן - או שאין הגבלה שכזו.

אם יש הגבלה כזו - למשל, מגבלה טכנולוגית כלשהי שאנחנו עדיין לא מודעים אליה - אז ייתכן ואין כל כך הרבה גשושיות בגלקסיה, ובמקרה הזה סביר להניח שפשוט לא התמזל מזלנו לפגוש אחת כזו או שמערכת השמש שלנו פשוט לא מספיק מעניינת את החייזרים מסיבה כלשהי ולכן החליטו לדלג עליה.

אבל אם אין הגבלה על יכולת השכפול של הגשושיות, גורסים סאגאן וניומן, אז יש לנו בעיה פוטנציאלית חמורה הרבה יותר. נניח, הם אומרים, שכל גשושית שוקלת משהו כמו כמה עשרות או מאות טונות: אחרי מאה וחמישים דורות של שכפול - שזה משהו כמו מיליון וחצי שנה, פלוס מינוס - משקלן הכולל של כל הגשושיות יהיה עשר בחזקת 54 גרם, שזה המון - אבל המון - חומר. כמה המון? יותר ממשקלם של כל השמשות וכוכבי הלכת בגלקסיה גם יחד. במילים אחרות, אם היינו מאפשרים לגשושיות לשכפל את עצמן ללא הפרעה - הן היו 'זוללות' את כל הגלקסיה שלנו, פשוטו כמשמעו.

כמובן שחייזרים שיפתחו גשושיות היפותטיות שכאלה, ממשיכים סאגאן וניומן, יהיו מודעים לבעיה הזו, ויכניסו לגשושיות שלהם מגבלה כלשהי שתמנע מהן להמשיך להשתכפל לנצח נצחים: למשל, מנגנון בתוכנה שמפסיק את השכפול אחרי ארבעים או חמישים דורות בלבד. למעשה, זה אותו המנגנון שקיים גם בתאי הגוף שלנו - מנגנון המכונה 'מגבלת הייפליק' (Hayflick Limit) - שגורם לתאים להזדקן ולמות מעצמם אחרי ארבעים ומשהו חלוקות, כדי למנוע מהם להמשיך ולהשתכפל לנצח. מדוע? כדי למנוע סרטן. הסרטן, כידוע, היא מחלה שבה תאים בגוף מתחילים להתחלק באופן לא מבוקר ולצרוך כל כך הרבה משאבים - עד שהם מכריעים את הגוף כולו, ומגבלת הייפליק מבטיחה שגם אם משהו ישתבש בתהליך חלוקת התאים, התא ה'מקולקל' יוכל להתחלק לא יותר מארבעים ומשהו פעמים לפני שימות.

אבל…אני חושב שאתם מתחילים להבין את הבעיה. אם המנגנון הזה היה חסין מפני תקלות, אף אחד לא היה מת מסרטן - ולמרבה הצער הרבה מאוד אנשים כן מקבלים סרטן, מה שאומר שלמרות כל מנגנוני ההגנה של הגוף, תאי גופנו לא חסינים מפני תקלות שגורמות לשכפול לא מבוקר.

וזו, טוענים סאגאן וניומן, בדיוק הסיבה שאף ציוויליזציה חייזרית לא תהיה מוכנה לקחת סיכון וליצור גשושיות משתכפלות כדי לחקור את הגלקסיה - או אם היא מגלה גשושית משתכפלת ששיגרה ציוויליזציה אחרת, היא תשמיד אותה מיד. כשמדובר במיליארדי גשושיות, אי אפשר להתעלם מהאפשרות לתקלה שתשבש את המנגנון שמפסיק את השכפול - ותהיה הסבירות לתקלה כזו קטנה וזעומה ככל שתהיה: אחרי הכל מספיקה רק תקלה אחת בגשושית אחת כדי לגרום, פוטנציאלית, לקטסטרופה בקנה מידה גלקטי, 'סרטן טכנולוגי' שאם לא נחסל אותו כשהוא קטן, עלול להשמיד את הגלקסיה כולה. וזו, משערים צמד האסטרונומים, הסיבה לכך שאנחנו לא מוצאים גשושיות משתכפלות.

מי צודק - טיפלר או סאגאן וניומן? אין לדעת - אבל לא משנה מי יהיה הצד המנצח בויכוח, ההשלכות יהיו כבירות בכל מקרה. אם פרנק טיפלר צודק ואנחנו לבד ביקום, משמע שאולי ישנה סכנה אדירה שרובצת לפתחה של האנושות בעתיד הלא רחוק: 'פילטר גדול' שיביא את קיצנו כפי שהיא את קיצן של כל שאר התרבויות החייזריות שקדמו לנו. אם סאגאן וניומן צודקים, אזי ייתכן והגלקסיה שלנו שוקקת חיים - ולא ירחק היום שבו נצטרף גם אנחנו למסיבה הגלקטית הזו.

ואולי…זה כבר קרה.

ב-2017 גילו האסטרונומים גוף שמיימי שניחן בשתי תכונות חריגות במיוחד. הראשונה הייתה מקורו: זה היה העצם הראשון שאנחנו יודעים לומר בוודאות כמעט מוחלטת שהגיע ממקור מחוץ למערכת השמש שלנו. מהירותו של העצם הזה - עשרים ושבעה קילומטרים בשניה - והזווית הקהה שבה חדר למערכת השמש מעידים על כך שהוא הגיע אלינו מכיוונו של כוכב בשם Vega, המרוחק כעשרים וחמש שנות אור מכדור הארץ. זו גם הסיבה לשם לו זכה העצם החדש: אומואהמואה (Oumuamua), מילה בשפתם של ילידי הוואי שמשמעותה 'המבקר הראשון מרחוק'.

התכונה החריגה השנייה של אומואהמואה היא צורתו: צורה כשל סיגר שאורכו כארבע מאות מטרים ורוחבו כארבעים מטרים - מבנה נדיר למדי כשמדובר בעצמים טבעיים. עבור חוקרים חובבי מדע בידיוני, צורתו המאורכת של אומואהמואה הזכירה מיד את 'ראמה' (Rama), חללית חייזרית שמככבבת בספר 'מפגש עם ראמה', באחד מספריו המצליחים והזכורים של ארתור סי. קלארק, סופר המדע הבדיוני המפורסם. זו אולי הסיבה שמיד לכשנתגלה אומואהמואה, היו חוקרים - חלקם בכירים ומכובדים מאוד בקרב הקהילה המדעית, כדוגמת הפיזיקאי הישראלי-אמריקני אבי לייב מאוני' הרווארד - שטענו שאין לשלול את האפשרות שמדובר בעצם מלאכותי: משמע, גשושית או חללית חייזרית.

לרוע המזל, אומואהמואה כבר היה בדרך החוצה ממערכת השמש כשנתגלה, כך שלחוקרים היה רק מעט מאוד מידע תצפיתי לעבוד איתו. ממעט המידע הזמין עולה שסביר להניח שאומואהמואה הוא בכל זאת עצם טבעי - אולי אסטרואיד שנזרק ממערכת שמש מרוחקת ומצא את דרכו אל השכונה שלנו. אבל מאז, ב-2019, נתגלה עצם נוסף שמקורו מחוץ למערכת השמש - שביט שזכה לשם 'בוריסוב', על שמו של האסטרונום החובב שגילה אותו. סביר להניח שככל שהטלסקופים ושאר כלי התצפית שברשותנו יילכו וישתכללו, נגלה עוד ועוד עצמים שכאלה, שמגיעים אלינו מרחוק מאוד…מי יודע, אולי אחד מהם יספק לנו סוף סוף את הפתרון לפרדוקס של פרמי.