Probe Von Neumann

Dalam lima menit: apa itu probe Von Neumann?

Probe Von Neumann adalah wahana antariksa hipotetis yang terbang ke sistem bintang lain, membangun salinan dirinya dari batuan dan es yang ditemukan di sana, lalu mengirim salinan itu ke bintang-bintang lainnya. Setiap generasi mengulangi hal yang sama. Belum ada yang pernah membuatnya. Namun gagasannya cukup sederhana untuk ditanggapi serius: satu probe yang berhasil, secara teori, bisa akhirnya mengunjungi setiap bintang di galaksi.

Namanya diambil dari matematikawan John von Neumann, yang menguraikan bagaimana sebuah mesin secara teori dapat membuat salinan dirinya sendiri. Versi untuk luar angkasa baru muncul beberapa dekade kemudian. Gagasan ini bagian dari tradisi panjang yang kita telusuri dalam sejarah fiksi ilmiah, ketika eksperimen pikiran ilmiah berubah menjadi mesin penggerak cerita.

Tiga hal yang perlu diingat:

• Ia menggandakan dirinya. Probe ini sekaligus pelancong dan pabrik.
• Pertumbuhannya eksponensial. Satu probe menjadi dua, lalu empat, lalu delapan, sehingga jumlah probe bertambah jauh lebih cepat daripada jarak yang ditempuhnya.
• Ini eksperimen pikiran. Kegunaan utamanya adalah untuk bertanya mengapa kita tidak melihat tanda-tanda peradaban alien.

Dari mana gagasan ini berasal

Kisahnya bermula dari komputasi, bukan roket. Pada akhir 1940-an, John von Neumann (1903–1957), matematikawan kelahiran Hungaria, bertanya apakah sebuah mesin dapat membuat salinan dirinya, termasuk instruksi untuk membangunnya. Ia memberikan kuliah tentang masalah ini pada 1948 dan 1949. Bersama matematikawan Stanislaw Ulam, ia juga menggambarkan pola yang mereproduksi diri pada kisi sel, salah satu automata seluler paling awal. Catatannya disunting oleh Arthur Burks dan terbit pada 1966 sebagai Theory of Self-Reproducing Automata, sembilan tahun setelah ia wafat.

Gagasan intinya adalah bahwa mesin semacam itu membutuhkan tiga bagian: cetak biru, pembangun yang mengikuti cetak biru, dan penyalin yang menggandakan cetak biru agar anaknya bisa membangun anaknya sendiri. Para ahli biologi kemudian menemukan logika yang sama dalam sel hidup, tempat DNA dibaca sekaligus disalin.

Lompatan ke luar angkasa datang belakangan. Pada 1960, astronom radio Ronald Bracewell mengusulkan bahwa sebuah peradaban mungkin mengirim probe otomatis ke sistem kita untuk menjalin kontak, gagasan yang kini disebut probe Bracewell. Probe itu tidak menggandakan diri. Pada 1980, insinyur Robert Freitas menerbitkan kajian rancangan probe antarbintang yang bereplikasi sendiri di Journal of the British Interplanetary Society, berdasarkan Project Daedalus, kajian perkumpulan itu pada 1970-an tentang kapal bintang tanpa awak bertenaga fusi. Pada tahun yang sama, fisikawan Frank Tipler berargumen bahwa jika alien cerdas ada, probe replikasi mereka sudah berada di tata surya kita. Karena kita tidak melihatnya, ia menyimpulkan bahwa kita mungkin sendirian. Dengan itu, probe menjadi tokoh sentral dalam paradoks Fermi.

Bagaimana probe bekerja

Sebagian besar rancangan mengikuti siklus yang sama.

1. Menjelajah. Probe meninggalkan asalnya dan meluncur ke bintang berikutnya dengan kecepatan beberapa persen kecepatan cahaya, atau mungkin hingga sekitar sepersepuluhnya. Kajian-kajian mengasumsikan mesin fusi atau layar.
2. Menetap di benda kecil. Asteroid atau bulan kecil lebih mudah dikerjakan daripada planet, karena gravitasinya lemah dan logam serta esnya terbuka.
3. Menambang dan membangun. Robot menggali bahan mentah, memurnikannya, dan membangun pabrik kecil. Pabrik itu membuat salinan probe.
4. Meluncur. Sebagian salinan menuju bintang-bintang terdekat. Siklus pun dimulai lagi.

Galaksi kita berdiameter sekitar 100.000 tahun cahaya. Karena setiap probe butuh waktu untuk membangun anak-anaknya, perkiraan yang dipublikasikan untuk menjangkau seluruh galaksi biasanya berkisar jutaan tahun atau lebih, tergantung kecepatan dan asumsinya. Kedengarannya lama, tetapi usia Bima Sakti lebih dari 13 miliar tahun. Kesenjangan antara waktu yang dibutuhkan dan waktu yang tersedia inilah yang membuat gagasan ini begitu menggigit.

Sains yang sebenarnya: apa yang mapan, apa yang spekulasi

Sudah mapan. Replikasi diri terjadi di alam, jadi tidak dilarang oleh fisika. Logika Von Neumann tentang cetak biru, pembangun, dan penyalin sahih secara matematis, dan simulasi komputer tentang pola yang mereproduksi diri sudah ada. Pada 1980, kajian musim panas yang disponsori NASA, Advanced Automation for Space Missions, menelaah pabrik replikasi di Bulan dan menilainya sebagai gagasan jangka panjang yang layak. Proyek hobi seperti RepRap, yang dimulai pada 2005, adalah printer 3D yang mencetak banyak komponen plastiknya sendiri, meski masih membutuhkan manusia untuk menyediakan motor dan elektronik.

Sulit. Jarak antarbintang adalah tembok terbesar. Wahana Voyager 1 adalah benda buatan manusia yang paling jauh, tetapi dengan kecepatannya ia butuh puluhan ribu tahun untuk mencapai sekitar bintang terdekat sekalipun, Proxima Centauri, yang berjarak 4,2 tahun cahaya. Proyek Breakthrough Starshot, yang diumumkan pada 2016, mengusulkan probe seberat beberapa gram yang didorong laser hingga sekitar seperlima kecepatan cahaya. Probe itu akan tiba di sistem Alpha Centauri dalam sekitar dua puluh tahun, tetapi tidak menggandakan diri.

Spekulasi. Apakah sebuah mesin dapat menemukan, menambang, dan memurnikan semua bahan yang dibutuhkannya tanpa bantuan, apakah kesalahan penyalinan akan menumpuk selama jutaan tahun, dan apakah ada yang mau meluncurkan benda semacam itu, semuanya masih pertanyaan terbuka. Belum ada probe Von Neumann, baik buatan kita maupun alien, yang pernah teramati.

Di mana ia muncul dalam fiksi

Mesin yang menyalin diri adalah favorit fiksi ilmiah, dan ada yang ramah maupun yang menakutkan.

• Kisah-kisah Berserker karya Fred Saberhagen, yang dimulai pada 1960-an, membayangkan mesin perang kuno yang bereplikasi sendiri dan memburu semua kehidupan.
• Novel The Invincible (1964) karya Stanislaw Lem mengirim sebuah awak ke planet tempat mesin-mesin mungil, keturunan sistem replikasi diri yang lebih dulu ada, telah berevolusi menjadi kawanan.
• Dalam 2010: Odyssey Two (1982) karya Arthur C. Clarke, monolit hitam berlipat ganda, yang bagi banyak pembaca merupakan gagasan probe replikasi.
• Revelation Space (2000) karya Alastair Reynolds menampilkan para Inhibitor, mesin yang menunggu peradaban muda lalu menekannya.
• We Are Legion (We Are Bob) (2016) karya Dennis E. Taylor membuat gagasan ini jadi ramah: pikiran manusia yang disalin ke dalam probe yang menyebar di antara bintang-bintang.

Kesalahpahaman umum

• "Von Neumann merancang sebuah pesawat antariksa." Tidak. Ia menggarap logika mesin yang mereproduksi diri, dan orang lain yang menerapkannya ke luar angkasa.
• "Ini sama dengan grey goo." Grey goo, istilah dari buku Eric Drexler tahun 1986 Engines of Creation, menggambarkan mesin molekuler yang lepas kendali dan melahap materi sebuah planet. Probe Von Neumann adalah wahana antariksa yang menyalin diri secara perlahan melintasi angkasa. Keduanya sama-sama mencemaskan penyalinan tak terkendali. Lihat grey goo untuk melihat perbedaannya.
• "Kalau probe mungkin dibuat, pasti sudah sampai di sini." Itu argumen, bukan bukti. Peradaban mungkin tidak pernah memilih membuatnya, probe-nya mungkin tersembunyi, atau kitalah yang terlalu awal.
• "Galaksi akan penuh dalam semalam." Pertumbuhan eksponensial butuh waktu untuk bepergian dan membangun. Bahkan rancangan yang cepat pun memakan jutaan tahun.
• "Pasti berbahaya." Bahaya datang dari cara probe diprogram, bukan dari gagasannya. Probe yang dibuat untuk menjelajah dan berhenti pada jumlah salinan tertentu sama logisnya.

Bacaan berikutnya

• Paradoks Fermi: pertanyaan mengapa galaksi tampak kosong, dan di mana posisi probe.
• Grey goo: saudara dekat mesin penyalin diri dari dunia nanoteknologi.
• Sejarah fiksi ilmiah: bagaimana eksperimen pikiran seperti ini menjadi cerita.