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LA SONDE DE VON NEUMANN 

Une sonde de Von Neumann est un robot conçu pour atteindre les systèmes stellaires éloignés et capable de fabriquer des usines qui reproduiront des copies d'eux-mêmes par milliers.

capture01-2-2.jpgLe monolithe de 2001 est un bel exemple

Un personnage hors norme 

Von Neumann fut certainement l’un des plus grands mathématiciens du XXème siècle. Il est né le 28 décembre 1903 à Budapest. Troisième fils d’un des plus riches banquiers de Hongrie, son enfance et son adolescence ont pour cadre un milieu intellectuel riche et stimulant. Les plus grands scientifiques de l’époque, les écrivains les plus réputés, fréquentaient le salon de ses parents. Il dispose de facilités exceptionnelles pour l’apprentissage qu’il utilise pour explorer des domaines aussi variés que l’histoire (il lit les quarante quatre volumes de l’encyclopédie d’histoire contemporaine de la bibliothèque de ses parents), les langues, ou les mathématiques. Ses aptitudes dans cette dernière discipline sont très vite repérées, et, alors qu’il suit un cursus normal au lycée, il reçoit des cours particuliers d’un jeune universitaire nommé Fekete. Von Neumann écrira avec lui son premier article scientifique à l’âge de dix-sept ans. A l’université de Zurich il étudie la chimie, mais il suit parallèlement le cours d’Albert Einstein à Berlin, et des cours de mathématiques à Budapest.

En 1926, il a en poche son diplôme d’ingénieur chimiste et un doctorat de mathématiques. C’est ce domaine qu’il choisit, en devenant, un an plus tard, professeur à Berlin. Le début de sa carrière est consacré aux fondements logiques des mathématiques (à la suite des travaux de David Hilbert) et aux fondements mathématiques de la mécanique quantique. En physique, il unifie les théories de Schrödinger et de Heisenberg. Réfugié aux Etats-Unis, il publie des études consacrées à la théorie mathématique des jeux, discipline qu’il crée avec l’économiste Oskar Morgenstern. Puis, avec l’imminence de la guerre, Von Neumann se consacre à des travaux de recherches appliquées. Après sa naturalisation, il devient un des principaux consultants de l’armée américaine. A partir de 1943, il participe activement à la mise au point de la première bombe atomique à Los Alamos. Il comprend aussi, lors de ses recherches sur la bombe, l’importance à venir des machines électroniques pour réaliser des calculs longs et fastidieux difficilement réalisables à la main. Von Neumann contribue de façon décisive à la création des premiers ordinateurs, et après la guerre, il devient consultant chez IBM. En 1950, il imagine qu’une comparaison entre l’homme et la machine pourrait être fructueuse et permettraient peut-être d’ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de la robotique. Il défend l’idée de réseaux de neurones formels, c’est-à-dire de machines conçues sur le modèle de notre cerveau et cela trente ans avant que de telles réalisations viennent sur le devant de la scène internationale. Il fonde alors les bases de ce qui deviendra la théorie des automates. Il expose ses idées avant-gardiste: dans son livre, « Théorie générale et logique des automates » (1948), qui fascine le monde scientifique par son caractère prémonitoire en ce qui concerne le développement de l’informatique dans les décennies qui vont suivre. Peu après, il travaille à la réalisation de la première bombe H, et soutient activement l’effort militaire des Etats-Unis pendant la guerre froide.

L’Idée

En 1951 Von Neumann met au point un modèle mathématique démontrant qu’il est possible de construire une machine capable de produire une réplique exacte d’elle-même. Selon ses plans, cette extraordinaire machine autoreproductible devrait être composée de deux parties principales : 1) le programme de construction, 2) les éléments constructeurs. Dans son modèle, Von Neumann prévoyait que la partie « constructeur » de sa machine devait être capable de transformer et de modeler, à sa guise, de la matière à l’état brut. Elle devait être capable de lui donner la forme dictée par le programme qui comportait toutes les instructions nécessaires à cette transformation. A la fin du processus de transformation, une copie du programme initial était introduite dans la nouvelle machine qui devenait à son tour capable de s’auto reproduire. Le concept d’une machine auto reproductible est certes très séduisant, mais nous sommes encore loin de pouvoir fabriquer une telle machine. Le premier obstacle à sa réalisation est sa complexité qui dépasserait sûrement celle d’un virus. Rien que pour le programme, des études ont montré qu’il devrait contenir au moins une dizaine de millions d’instructions. Vers la fin de sa vie Von Neumann travailla sur une théorie des automates cellulaires, dont le but était d’expliquer la vie par des règles logiques simples. Hélas, la maladie l’empêchera de mener ce projet à terme. Il meurt prématurément à l’âge de 54 ans (le 8 février 1957 à Washington) d’un cancer des os.

Définition

Une sonde de Von Neumann est un robot conçu pour atteindre les systèmes stellaires éloignés et capable de fabriquer des usines qui reproduiront des copies d'eux-mêmes par milliers. Une lune morte plutôt qu'une planète serait la destination idéale pour des sondes de Von Neumann car elles peuvent plus facilement y débarquer et y décoller, et du fait que ces lunes ne subissent aucune érosion. Ces sondes vivraient en outre des ressources puisées dans la terre, en utilisant des gisements naturels de fer, de nickel, et d'autres minerais pour élaborer les matériaux nécessaires à la construction d'une usine robotisée. Après avoir fabriqué des milliers de copies d'elles-mêmes, les sondes se disperseraient ensuite et repartiraient explorer d'autres systèmes stellaires, et ainsi de suite

capture04-2-3.jpg La complexité de la machine auto reproductible imaginée par Von Neumann dépasserait sûrement celle d’un virus.  

Le système de construction universel.  

Dans la réflexion de Von Neumann sur les machines, l’auto réplication apparaît toujours comme un cas particulier d’un système de construction universel beaucoup plus complexe. Il imagine, en effet une machine « Uconst » qui serait capable de construire une autre machine « M », pour autant que « Uconst » dispose de sa description « D(M) ». Ce système auto reproductible universel se décompose ainsi : Une bande de mémoire, contenant la description (une chaîne unidimensionnelle d’éléments) de machine à construire. Dans le cas particulier de l’auto réplication, la bande de mémoire contient la description du constructeur universel lui-même. Le constructeur proprement dit, c’est-à-dire une machine capable de lire la bande de mémoire et d’interpréter son contenu. Un bras constructeur, dirigé par le constructeur et utilisé pour fabriquer le rejeton (la machine décrite dans la bande de mémoire). Le bras se déplace dans l’espace et assemble les éléments du rejeton dans l'état approprié.

capture01-3-4.jpgun vaisseau sonde 

Outre cette complexité déjà considérable, Von Neumann postule la présence d’un ordinateur universel. Cet ordinateur est attaché au constructeur universel et se réplique avec lui

L’Humanité et la conquête spatiale 

Dès que l’Humanité s’est lancée dans la conquête spatiale, dans la seconde moitié du XXème siècle, deux modes d’exploration se sont présentés à elle : 1) Les vols habités, dont les missions lunaires et les séjours prolongés dans les stations orbitales représentent les temps forts. 2) L’utilisation de sondes automatiques principalement chargées de récolter des informations sur les planètes du Système solaire

Chacune de ces solutions offre à la fois des avantages et des inconvénients. Les vols habités coûtent cher, ils sont compliqués à mettre en œuvre, mais ils nous renseignent sur les conditions de vie de l’homme dans l’espace. Les missions réalisées par des sondes automatiques se révèlent moins onéreuses, mais les tâches que les robots peuvent accomplir sont restreintes et limitées par la technologie embarquée. Ils sont programmés et possèdent donc moins de souplesse pour s'adapter au milieu ambiant. Les robots ne peuvent effectuer que des travaux répétitifs. Ils fournissent des données de base. Les vols habités représentent le but essentiel de la conquête spatiale, c’est-à-dire à terme, de préparer l’Humanité à quitter la Terre et à essaimer dans la Voie lactée. Les sondes automatiques ont surtout pour vocation de préparer le « terrain » pour les vols habités futurs. Par nature, les vols habités sont dangereux parce qu’ils mettent en péril la vie des hommes. La perte d’une sonde automatique représente seulement un dommage économique et scientifique. Les sondes automatiques sont très résistantes, elles peuvent supporter des conditions de vol extrêmes : froid frôlant le zéro absolu, chaleur pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés, radiations mortelles émises pas le Soleil, champs magnétiques intenses, accélérations ou décélérations brutales. En revanche, l’espace est un environnement particulièrement hostile pour l’homme. Il est implacable, et la moindre erreur peut tourner à la catastrophe.

capture02-2-3.jpg

La question, selon nous, n’est pas de mettre en concurrence les vols habités et les sondes automatiques, ou de choisir entre l’un ou l’autre de ces modes exploratoires, car nous pensons que la présence de l’homme dans l’espace est nécessaire, et même irremplaçable. L’avenir de l’Humanité est dans l’espace, et nous devons nous préparer à quitter notre planète d’origine pour explorer le vaste Univers. Comme le disait si bien Konstantin Tsiolkovski, un des pères de l’astronautique soviétique mort en 1935, « La terre est le berceau de l’Humanité, mais on ne reste pas toute sa vie dans un berceau ». Dans cette optique, les sondes automatiques sont comme des éclaireurs qui nous renseignent sur les conditions qui règnent dans tel ou tel milieu. Elles nous fournissent des informations précieuses sur des environnements lointains. Elles peuvent même effectuer certains travaux ingrats à notre place. Mais la fin dernière des missions réalisées parles sondes est de préparer la venue de l’homme dans l’espace.

Une solution efficace pour préparer l’exploration humaine de notre Galaxie réside peut-être dans l’utilisation des sondes de Von Neumann.

 Comment explorer la Galaxie ?Capture01.jpgLes distances entre les étoiles sont si grandes et le nombre de systèmes planétaires hostiles à la vie si nombreux, qu'une civilisation de Type III serait confrontée à la question suivante : quelle est mathématiquement la méthode la plus efficace pour explorer les centaines de milliards d'étoiles qui composent la Galaxie ?

Une colonisation efficace est loin d'être aussi fascinante. Il est impossible d'explorer "manuellement" chaque système stellaire à la recherche d'exo planètes viables.

La solution la plus efficace consiste à envoyer dans toutes la Galaxie des sondes dites de "Von Neumann". Ce sont des vaisseaux spatiaux intelligents, moitié sondes d'exploration moitié robots conçus pour explorer les systèmes stellaires et capables de fabriquer des usines qui reproduiraient des copies d'eux-elles par milliers. Chaque sonde repartirait ensuite explorer d'autres systèmes stellaires et chacune nous signalerait tous les mondes propices à la vie. Cette technologie peut être plus ou moins sophistiquée, utilisant soit des sondes spatiales similaires à nos sondes d'exploration actuelles, soit des nano sondes ou des hybrides biomécaniques équipés de haute-technologie.

capture10-7.jpgPendant que ce catalogue sera en cours d'élaboration, les premiers vaisseaux interstellaires habités pourront s'envoler à la conquête des exo planètes habitables les plus proches. En quelques centaines de milliers d'années ce sont des trillions de sondes de Von Neumann qui exploreront ainsi toute la Voie Lactée à une vitesse qui atteindra finalement une fraction de celle de la lumière.

On a calculé qu'en l'espace d'un demi-million à quelques dizaines de millions d'années nous aurons atteint l'extrémité de la Voie Lactée et la population ne fera que croître. Nous pourrons faire le saut vers la galaxie d'Andromède ou M33 et nous disséminer à travers tout l'Univers.

Le coter négatif

Il ne faut pas oublier que si cette technologie peut être utilisée à des fins pacifiques, la série "Stargate SG-1" nous a démontré qu'une civilisation comme les "Replicateurs" pouvaient avoir d'autres intentions. On peut également citer la méthode moins orthodoxe des Borg meurtriers appartenant à une civilisation de Type III dont on se souviendra du slogan de la reine mère : "toute résistance est futile"; ils cherchent à "assimiler" les civilisations inférieures de Type II

capture02-9.jpgDans ces cas ces civilisations agissent comme des parasites; elles épuisent les ressources d'une planète puis colonisent un autre monde en détruisant toute sa population comme une colonie de sauterelles envahi un champ de blé.

Semblable à un virus colonisant un corps beaucoup plus grand que lui, au fil du temps le volume d'espace exploré par les trillions de sondes de Von Neumann augmentera dans toutes les directions à une vitesse proche d'une fraction de celle de la lumière. De cette manière, même une galaxie de 100000 années-lumière de diamètre pourrait être complètement explorée en l'espace d'un demi-million d'années.

Des robots dans toute la Galaxie

Bien que nous soyons encore incapables de fabriquer les machines auto reproductibles de Von Neumann, rien n’interdit d’imaginer qu’une civilisation de Type II en route vers le Type III, soit en mesure d’envoyer dans toute la Galaxie des robots utilisant ce principe. Les sondes se présenteraient sous la forme de vaisseaux spatiaux intelligents, parfaitement autonomes et entièrement automatisés. Si nous parvenons un jour à construite de telles sondes, leur taille et leur architecture dépendra sans doute de l’évolution prochaine des techniques de miniaturisation. Elles pourraient, par exemple, ressembler à nos sondes actuelles, c’est-à-dire ne peser que quelques tonnes, et ne pas dépasser la taille du télescope spatial Hubble.

E14.jpg Des sondes auto reproductibles se présenteraient sous la forme de vaisseaux spatiaux intelligents, entièrement automatisés, et capables de se déplacer dans toute la Galaxie.  

100 milliards de machines !

Si les nanotechnologies tiennent leurs promesses, rien n’interdit d’imaginer des sondes de la taille d’un ballon de basket ou même pas plus grosses qu’un brin d’herbe. Les avantages d’une exploration systématique de la Voie lactée par ces sondes sont nombreux. Il suffirait simplement, au départ, d’envoyer dans l’espace une seule machine. En supposant que cette première machine ne fasse seulement que deux copies d’elle-même, un calcul simple montre qu’à la 36ème génération nous atteignons un nombre de machines supérieur à 100 milliards. Comme notre Galaxie compte environ cent milliards d’étoiles, cela veut dire qu’au bout de la 36ème génération, pratiquement toutes les étoiles de la Galaxie pourraient être visitées par des sondes de Von Neumann. Le temps nécessaire pour visite l’ensemble des étoiles de la Galaxie dépend bien évidemment de la vitesse à la laquelle se déplacent les sondes entre les étoiles.

Les nanotechnologies pourraient nous permettre de construire des sondes de Von Neumann pas plus grosses qu’un ballon de basket. Ces sondes s’auto répliqueraient et se disperseraient dans toutes les directions de la Galaxie.

capture06-2-3.jpgUne sonde extraterrestre est peut-être cachée sur la Lune.

Le temps de fabrication de deux copies « filles » à partir d’une sonde « mère » pourrait ne pas dépasser quelques dizaines d’années si la sonde « mère » trouve rapidement dans son environnement les matériaux nécessaires. Une lune morte gravitant autour d’une planète possédant une atmosphère pourrait être une destination idéale. Une sonde pourrait alors plus facilement s’y poser et espionner de loin la planète soupçonnée d’être porteuse d’une forme quelconque de vie. Si les sondes de Von Neumann ne trouvent finalement sur cette planète que des traces de vie primitive, elles pourraient se mettre en « sommeil » et attendre que la vie évolue vers des formes plus complexes. Après avoir attendu tranquillement durant des milliers d’années, voire même des millions d’années, les sondes pourraient alors se réactiver de façon automatique (en détectant à distance les « bruits » de la civilisation naissante), et surveiller à nouveau la planète. Le physicien Paul Davies de l’université d’Adelaïde envisageait sérieusement la possibilité qu’une sonde de type Von Neumann pourrait se dissimuler actuellement quelque part sur la Lune. Les sondes de Von Neumann pourraient être programmées pour détecter des civilisations de Type 0, comme la nôtre

capture05-2-2.jpgSi nous décidions un jour d’envoyer des sondes de Von Neumann dans toute la Galaxie, rien n’interdit d’envisager qu’il se produise une mutation dans le programme de duplication de ces sondes. Cette mutation pourrait dès lors entraîner la fabrication de machines incontrôlables qui pourraient devenir dangereuses et se transformer en véritables prédateurs.

Des sondes programmées pour surveiller l’évolution des civilisations.

Dès que les civilisations de Type 0 seraient sur le point d’accéder au stade de civilisation de Type I, les sondes pourraient entrer en action et guider le développement de ces civilisations, ou prévenir une civilisation de Type II ou III des changements observés. Les sondes devraient aussi trouver rapidement les gisements naturels de fer, de nickel, et d’autres minerais indispensables à leur reproduction. Si nous supposons que les sondes sont capables de se déplacer à une vitesse égale à un dixième de la vitesse de la lumière (300 000 km/seconde), un grand nombre d’étoiles de la Galaxie pourraient être visitées en seulement quelques millions d’années. Avec des sondes plus lentes, il faudrait compter au moins cent millions d’années. Mais que représentent cent millions d’années à l’échelle des temps cosmiques ?

« 2001: L’odyssée de l’espace » de Stanley Kubrick. L’idée de départ de Sir Arthur C. Clark était que le mystérieux monolithe noir était sensé représenter une machine de Von Neumann. Dans sa version initiale, le film devait comporter une introduction sous la forme d’une série de présentations scientifiques expliquant que les sondes de Von Neumann seraient sûrement le meilleur moyen pour explorer la Galaxie. Heureusement, à la dernière minute, Kubrick coupa cette séquence d’ouverture du film et le monolithe noir prit l’aspect d’un « objet » étrange, totalement isolé de son contexte initial.

Les ovnis sont-ils des sondes de Von Neumann ?

Capture102.jpgCette brève présentation des sondes dites de Von Neumann nous amènent tout naturellement à nous poser la question de savoir si les ovnis pourraient être des robots très perfectionnés fonctionnant selon le même principe que ces sondes. Rien ne s’y oppose à priori. Cependant, le dossier des ovnis comporte des aspects qui laissent penser que nous n’en sommes plus au stade de la surveillance par des sondes automatiques. Il semblerait plutôt que nous soyons confrontés à une forme d’intelligence non artificielle, non robotique (ce qui n’exclu pas l’utilisation ponctuelle de sondes automatiques par cette intelligence). Nombre de témoignages mentionnent, en effet, la présence d’entités vivantes à bord des ovnis, et la question des enlèvements (abductions) laissent supposer que des interventions très rapprochées sur l’espèce humaine sont menées par ces entités. Il existe, d’ailleurs, de fortes probabilités pour que notre planète soit sous surveillance depuis un lointain passé, et cette surveillance a peut-être été assurée jusqu’à présent par des sondes de type Von Neumann. Cette hypothèse pourrait expliquer les observations d’ovnis faites tout au long de l’histoire. Si nous ne nous détruisons pas avant, l’évolution de notre civilisation semble se diriger vers le Type I (Type planétaire). Depuis la fin du XIXème siècle, l’évolution technologique de notre civilisation s’accélère. Les guerres meurtrières du XXème siècle, et l’utilisation de l’arme nucléaire, a sans doute éveillé l’intérêt des civilisations de Type II, ou de Type III, qui contrôlent l’ensemble des systèmes stellaires de notre Galaxie. D’où le nombre croissant d’apparitions d’ovnis, avec un tournant marqué à la fin de la seconde guerre mondiale.                                                                                 

Nouveaux développements

Depuis le classement des civilisations réalisé par Kardashev, beaucoup de scientifiques ont affiné et prolongé son analyse originale en prenant en considération les développements récents en nanotechnologie, en biotechnologie, en physique quantique, etc.

La nanotechnologie

capture13-4-1.jpgLe nanotechnologie par exemple peut faciliter concourir au développement des sondes de Von Neumann. Ainsi que le disait le physicien américain Richard Feynman dans son discours intitulé "There is Plenty of Room at the Bottom" (il y a plein d'espace au fond) présenté à la réunion annuelle de l'American Physical Society au Caltech en 1959, il n'y a rien dans les lois de la physique qui empêche de fabriquer des armées de machines de taille moléculaire ou de sauvegarder l'encyclopédie Universalis sur une tête d'épingle !

Actuellement des scientifiques travaillant chez IBM ou au MIT ont déjà fabriqué des curiosités subatomiques telles que des caractères typographiques constitués de quelques atomes alignés, une abaque avec des "Buckyballs" (C60) ou une guitare atomique avec des cordes longues d'environ 100 atomes. Même la NASA envisage aujourd'hui d'explorer Mars avec des nano senseurs.

Dans un autre domaine plus proche de nous, aujourd'hui les médecins avant-gardistes utilisent des nano sondes pas plus grandes qu'une gélule et bientôt de la taille d'une tête d'épingle pour explorer le corps humain et pénétrer à l'intérieur des cellules, la sonde, protégée par une coquille en diamant étant équipée de moyens radio, vidéo et d'éclairage autonomes ainsi que de bras manipulateurs ou de détecteurs. Le pas à franchir pour les envoyer dans l'espace est à notre portée.

Paul Davies pense qu'une civilisation épanouie de l'âge spatial pourrait utiliser la nanotechnologie pour fabriquer des sondes miniatures pas plus grande que la paume d'une main pour exploration la Galaxie. Davies dit en suspend : "les petites sondes dont je parle seraient si discrètes qu'il ne serait pas surprenant d'en découvrir une par hasard. Mais ce n'est pas la sorte de chose sur laquelle vous allez trébucher dans votre arrière-cour. Si c'est la manière dont la technologie se développe, à savoir vers des appareils plus petits, plus rapides et meilleur marché, si d'autres civilisations ont emprunté cette voie, dans ce cas il est possible que nous soyons entourés d'appareils de surveillance".

Le développement de la biotechnologie a également ouvert des possibilités entièrement nouvelles, à peine imaginables voici une génération.  

Ces sondes biomécaniques pourraient agir comme des organismes vivants, reproduisant leur patrimoine génétique, mutant et évoluant à chaque étape de leur reproduction pour améliorer leurs capacités. Elles pourraient même être dotées d'intelligence artificielle pour accélérer leur recherche

Les nanoréplicateurs sont des robots microscopiques, construits molécule par molécule, qui possèdent la capacité de se reproduire et de prendre des décisions autonomes. Certes, ils n'existent pas encore, mais on y travaille d'arrache-pied, avec le risque calculé d'avance, et plutôt désagréable, qu'un beau jour l'idée vienne aux nanoréplicateurs de se reproduire aussi vite et extensivement que possible.

Par exemple: Un robot construit avec des atomes de carbone pourrait décider de s'approprier tout le carbone du monde pour élargir le cercle de ses amis. A la vitesse exponentielle d'un virus informatique, mais cette fois dans l'espace réel, la biomasse se trouverait de la sorte convertie en "nanomasse", ce qui veut dire simplement que le monstre de carbone détruirait tous les organismes vivants sur terre. Les experts nomment cette variante de l'apocalypse (car ils en ont d'autres en stock) l'hypothèse du "gray goo" ou "écophagie globale" Selon leurs calculs minutieux, celle-ci pourrait s'effectuer en 104 secondes.

Imaginons à quoi penserait alors notre nanoréplicateur. Il n'éprouverait certainement pas de mauvaise conscience, mais se dirait : "Je suis le porteur de l'évolution et mon action obéit à la loi de la 'survival of the fittest'. Les autres doivent bien accepter ce progrès, du reste j'ai conservé une trace de leur existence (les atomes de carbone) ; et de toute façon, ce développement est in-con-tour-nable et il serait irréaliste de vouloir aller contre." En un mot, il raisonnerait, en utilisant la même logique humaine. De ce point de vue, l'hypothèse de l'"écophagie globale" est une parfaite métaphore de la colonisation de la vie en cours d'achèvement.

 La politique terrestre doit être des sondes de Von Neumann ! Ils se reproduisent avec les mêmes défauts


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