第262章 複製機器
李水旺新一期視頻：
今天的主題是自我複製機器，尤其是馮·諾依曼探測器和巴祖卡探測器，我們將探討自我複製機器的基本概念以及關於它們的一些誤解，之後再來討論這兩種特定類型的機器還有其他幾種類型。首先，有三件關於自我複製機器的事我們需要一開始就弄清楚：第一，自我複製機器不一定體型微小；第二，可以說我們現在就有能力製造出一台；第三，自我複製機器未必只是機械裝置，它們也可以是有生命的。在科幻作品中，自我複製機器通常被設定為體型微小的納米機器人，但它們其實完全沒必要如此，納米機器人也並非必須具備自我複製的能力。這類機器在作品中也往往被描繪成單一類型，可實際上，你完全能打造出由多種不同類型、不同尺寸組成的機器集群。通常來說，如果需要更大的機器，人們會讓這些小機器拼接在一起組成大的，但這其實並非一種合理的做法。比如，如果我們需要金屬來製造更多的微型機器人，一種常見的設定是讓這些機器人從原材料中逐個剝離金屬原子，但這種做法其實有點荒謬；另一種做法是讓它們組合成傳統的熔爐來冶鍊金屬，這同樣十分荒唐，尤其是考慮到熔爐本身就是用要冶煉的這種金屬製造的，這麼做連熔爐本身都會被熔掉。其實更合理的做法是讓這些機器人直接建造一座熔爐。這就打破了關於「灰色粘質」的經典概念，所謂灰色粘質，就是指一群像粘質一樣的機器人吞噬整個星球。這個概念最初源於約翰·馮·諾依曼提出的通用組裝器，也叫構造器，德雷克斯勒在此基礎上進一步提出了分子組裝器的概念，幾乎所有納米機器的相關構想都源於此。但自我複製機器的概念遠比這更早，至少可以追溯到笛卡爾的時代，據說笛卡爾曾對瑞典女王克里斯蒂娜說，人體就是一台機器，而本身也是飽學之士的女王指著一座鐘表，讓他讓這台鐘表實現自我複製。
達爾文的理論開始傳播後不久，塞繆爾·巴特勒就開始思索自我複製機器發生變異、進化出意識的可能性。所以這個概念的歷史遠比人們通常認為的要悠久，而且最初的構想也並非聚焦於微型機器。
來說第二點，我們現在或許就有能力製造出自我複製機器，這裡體型的概念就很重要了。如果有一座自動化工廠四處移動，挖掘岩石並製造出全新的、設備齊全的工廠，那這就是一台自我複製機器。一台能夠列印出自身的3D印表機，同樣是自我複製機器。這類機器並非必須能自行製造生產原料，畢竟我們人類本身就是自我複製的「機器」，我們的細胞不僅無法直接將物質轉化為食物，實際上還依賴許多相互依存但又獨立存在的生命體來維持我們的生命活動。我們不只是以其他生物為食，腸道里還生活著大量的微生物，幫助我們消化食物。我們身體的每個細胞中甚至都有線粒體，它們依靠自身的遺傳密碼進行自我複製，這些「搭便車者」已經與我們共生了數億年，形成了真正的共生關係，儘管我們的脫氧核糖核酸中並不包含編碼它們的基因。所以，舉例來說，一座能夠自我複製的巨型工廠，即便其內部存在其他它所依賴、但自身無法製造的自我複製機器，它依然屬於自我複製機器。
既然我們將其與生物體進行對比，那就來探討一下「自我複製機器是有生命的」這一說法。目前對於「生命」還沒有一個公認的定義，但人們通常會將攝取營養、生長、排泄、繁殖以及適應和與環境互動的能力納入生命的特徵。之所以很難為生命下一個明確的定義，是因為理論上，幾乎去掉上述任何一個特徵，依然能合理地將某個事物稱為生命，但這一點在我們討論創造和改造生命時，是一個重要的限定條件。我從未見過一個能涵蓋所有常見生命形式，同時又將自我複製機器排除在外的生命定義，當然，這個定義可能會排除部分類型的自我複製機器。我這裡說的並非那種模糊的說法，比如我們會說火焰是「活的」，晶體是「活的」，這並非文字遊戲。我們想像中的典型自我複製機器，會具備一定的攝取營養的能力，當然也有繁殖能力，還會有類似脫氧核糖核酸的物質作為繁殖的藍圖。
這類機器並非必須具備生長或自我修復的能力，只要它能在自身通常出現損壞的時間之前，製造出另一台完整的成熟複製品就行。
生物體並不會通過這種直接製造出獨立且成熟個體的方式繁殖，它們會先生長，然後分裂成兩個個體，或者先產生小型的自身複製品，再由這些複製品發育成熟。
自我複製機器也可以被設計成這樣的繁殖方式，但它還有第三種選擇，那就是直接製造出成熟的個體。
不過，自我複製機器需要一份製造藍圖，這一點和任何生物體都一樣。我不想創造新的術語，也不想簡單稱之為「機器脫氧核糖核酸」，我就直接稱其為脫氧核糖核酸，儘管在大多數情況下，它幾乎肯定不是真正的脫氧核糖核酸，但在某些情況下，它可以是。畢竟，製造出能自我複製的微型機器的一個捷徑，就是改造現有細胞或病毒的脫氧核糖核酸或核糖核酸，讓它們執行特定的任務。轉基因生物就是自我複製機器的一個例子，而且這也是我們如今已經實現的技術。
這就引出了一個問題：我們製造這些機器的用途是什麼？它們的任務或使命是什麼？顯然，除了自我複製，它們並非必須承擔其他任務，但機器的製造本身就是帶有目的性的。這類設備的用途多種多樣，但主要有兩大方向：一是用於地球之外的太空領域，二是用於人體或其他複雜設備內部。這是因為它們最吸引人的特質，就是能夠進行自我修復，比如幫助人類從傷病中恢復，或者修復設備，這樣我們就不用把設備扔掉或送去維修。這一點對於太空探測器來說尤為實用，因為這意味著我們可以發射一枚速度相對較慢的探測器，即便它要歷經數千年才能抵達目標太陽系，我們也能期待它抵達時依然能正常運作。
在繼續深入探討之前，我想先破除一個常見的誤區：自我複製機器必然會發生變異。我們人類會變異，其他生物會變異，當然，一群微型機器人也可能發生變異，但它們並非註定如此，即便是在漫長的天文時間尺度下也是如此。對於從最簡單的生物體（據推測這些生物體最初是自行組裝形成的）進化為更複雜的生物體來說，變異是絕對必要的，但如果是為了特定目的製造機器，變異就並非是理想的特徵。我可不希望我發射前往仙女座星系的探測器，在歷經數百萬年的航行後發生變異。如果我把一本書交給一個人，讓他一字不差地抄寫，我們知道他肯定做不到，他會出一些差錯。如果他把抄錯的版本再交給另一個人，那個人大概率會把這些錯誤也抄下來，還會再添一些新的錯誤，如此反覆，最後抄出來的版本會和原版毫無相似之處，這就是變異。
如果這是我複製和保存信息的唯一方式，比如我是一位老國王，想確保抄寫員能準確保存我的回憶錄，我可以下令讓三位不同的抄寫員各抄一份。這樣一來，即便原版被毀，他們也能逐字對比這三份抄本，要是發現其中一份的某個字和另外兩份不同，他們就知道大概率另外兩份是正確的，進而修正錯誤。
當然，也有可能那兩位抄寫員犯了同一個錯誤，或者三份抄本的某個地方都不一致，但這兩種情況發生的概率都更低。不過，即便概率低，這些情況依然有可能發生，而且如果有上百萬行的代碼，經過上百萬次的複製，就經常會出現兩處相同的錯誤，或者某個地方三份抄本都不一致的情況。
如果增加到四份抄本，這種概率會進一步降低；增加到五份、六份，概率會更低，而且我們可以一直增加抄本數量，直到這種錯誤發生的概率變得極低，即便在整個宇宙的壽命周期內，這種錯誤發生一次的可能性都微乎其微。
所以，舉例來說，我可以設定這樣的機制：要製造一台新的機器，需要多台機器協同合作，就像有性繁殖一樣，只不過參與的數量更多。比如，讓20台機器匯聚成一個二十面體——一種有12個面、20個頂點的正多面體，每台機器位於一個頂點，在中間製造新的機器。在添加每一個新部件之前，它們會進行核對並達成一致。如果20台機器都對藍圖的某一部分達成一致，那就一切順利；如果沒有達成一致，那麼持有正確信息的機器數量少於半數的概率低得離譜。我們之前也曾探討過這種極低概率的事件，但人類的大腦並不擅長理解這類概率問題，我敢肯定現在有些人會想：「話雖如此，但只要有概率，就總會發生。」
從技術上來說，這話沒錯，但當概率低到極致時，就變得毫無意義了——低到即便把宇宙中的每一個原子都變成這樣的機器，我們一直等到所有恆星都燃盡，這種情況也未必會發生。
因此，我可以設定每台機器每年都需要和另外19台同伴進行一次數據核對，要是找不到這19台同伴，就自行關機。我們還可以設定各種各樣不同「種類」的機器，以及應對意外情況的不同協議，你當然也可以腦補出各種離奇的情況，但這並非重點。你可能希望你的機器人發生變異，也可能不希望，但如果你想讓機器人前往某個地方，並且確信它們在抵達前不會發生變異，這是能夠實現的。
這是人們對馮·諾依曼探測器提出的異議之一，所以我想在深入探討之前先把這一點講清楚。
約翰·馮·諾依曼提出了通用組裝器的構想，這類機器也常被稱為馮·諾依曼機器，也是「灰色粘質」概念的源頭，這一構想催生了五種將其應用於深空探索的主要概念。其中一種是基礎版本，我就直接稱其為馮·諾依曼探測器，儘管其他四種也屬於這一範疇。這五類分別是：第一，馮·諾依曼探測器；第二，布雷斯韋爾探測器；第三，地球化改造集群；第四，巴祖卡探測器集群；第五，灰色粘質集群。
基礎的馮·諾依曼探測器，就是一款能夠在星際間航行的探測器，它可以依靠微型機器人進行自我維護，還能在途經的星球停靠，進行維修、補充燃料，並自我複製出更多探測器，前往更多地方探索。
但在實際應用中，如果探測器能以這種方式自我修復，那麼從太陽系發射所有探測器會是更好的選擇。即便每個探測器的預算重達100噸，約為哈勃太空望遠鏡質量的10倍，我們也依然能利用一顆中等大小小行星的可用質量，製造出一萬億個這樣的探測器，這個數量甚至超過了銀河系中恆星的數量。
這些探測器都可以從太陽系出發，奔赴各個目標，而且會比發射少數幾枚探測器更快抵達目的地——那些少數的探測器需要在最近的恆星處減速，製造更多探測器，新的探測器再減速，再製造更多，如此循環往復。
更好的做法是，利用這種自動化生產能力，讓一枚小型探測器抵達目標後，捕獲一顆小行星，將其改造成一個更大的發射站，這個發射站還能作為中繼站，傳遞來自更遠探測器的信息。
第二種是布雷斯韋爾探測器，你大概率在電影《2001太空漫遊》中見過這類探測器的原型，影片中的黑色巨石就是布雷斯韋爾探測器。
布雷斯韋爾探測器的設計目的是與其他生命形式進行交流，因此它的體型需要小得多，且具備更強的適應性。
最簡單的布雷斯韋爾探測器，能夠進行自我修復，還能識別出有較大可能存在生命的行星，然後在附近降落，持續發射重複的無線電信號，內容包括如何與我們取得聯繫，以及關於我們的一些基本信息，就像一個巨大的霓虹燈牌，上面寫著「你好，這是我們的聯繫方式」，還附帶一份幫助對方理解我們語言的「羅塞塔石碑」。
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這類探測器通常被設定為擁有人類水平甚至更高的智能，具備真正的思考和決策能力。
從技術上來說，布雷斯韋爾探測器並非必須是馮·諾依曼機器，但考慮到星際旅行的時間跨度，以及它抵達目標後可能需要等待的漫長時間，除非探測器本身是自我複製機器，或者能利用自我複製機器進行修復，否則你需要將其部件製造得極其堅固，才能指望它在如此漫長的時間裡保持完好。
同樣，從太陽系發射所有布雷斯韋爾探測器，讓它們在抵達目標後自行組裝成型，可能是更有利的做法。
這樣做的好處是，探測器可以在一顆小行星上搭建基地，發射衛星進行監測，甚至派出地面探測器收集數據、嘗試與外星生命接觸，而不是一直待在原地廣播信號。
如果它能在當地進行製造，且擁有人類水平的智能，它就能收集足夠的信息，然後派出外形與假想中原始、低等的外星種族相似的人形機器人進行交流。
比如，數百年前如果有外星文明對地球採取這種做法，可能會先進行衛星監測，然後派出隱形的空中無人機，再派出小型的人形機器人或機器鼠近距離觀察，學習人類的語言和習俗，之後再派出人形機器人，詢問那些僅通過觀察無法得到答案的問題，或者向人類傳遞信息。
顯然，這種做法也可能踏入倫理的灰色地帶，比如試圖教導人類，或者假扮神明。
順帶一提，這兩種探測器的設計思路，也完全適用於建造載人宇宙飛船。我們可以利用自我複製機器，協助建造和維護供人類乘坐的更大規模宇宙飛船，但前提是，我們始終能以更低的成本、更快的速度製造出這些自動化的探測器——無論是建造時間，還是它們在太空中的航行速度，都更具優勢。
地球化改造集群，本質上就是先發射馮·諾依曼探測器，為人類定居尋找合適的星球，這些探測器要麼自身具備地球化改造的能力，要麼後續會有具備該能力的探測器跟進，之後再派出人類前往。
探測器抵達目標後，會不斷自我複製、擴大規模，從而對一顆行星進行地球化改造，甚至將整個太陽系改造成適合人類居住的棲息地，這一點我們在之前討論戴森球時也曾提到過。
這也是一個存在道德爭議的概念，因為如果地球化改造探測器中沒有搭載智能系統，它可能會毫無顧忌地對一顆已有生命居住的行星進行改造，將當地的動植物全部拆解，這種做法看起來極其可怕，即便這些行星上沒有智慧生命也是如此。
另一方面，有些人可能會覺得，如果一顆行星上只有變形蟲這類簡單生命，對其進行地球化改造是沒問題的。
人們對此的看法各不相同：有人認為只有當行星上存在智慧生命時，這種做法才是錯誤的；也有人認為，即便一顆行星未來有較大可能誕生生命，對其進行改造也是錯誤的。
當然，還有些人認為，即便行星上有智慧生命，這麼做也無妨。
巴祖卡探測器，通常被認為是某個文明在持有上述最後一種觀點，或是犯下嚴重錯誤時才會製造的機器。這個名字來源於弗雷德·薩伯哈根的一系列小說，小說中，這種機器人飛船或探測器在銀河系中探索，尋找新的生命形式並將其消滅。
小說中的這些機器本身並非獨立的馮·諾依曼機器，但它們作為一個整體，具備自我複製的能力。
巴祖卡探測器本質上就是一台惡意的布雷斯韋爾探測器：布雷斯韋爾探測器的使命是尋找新的生命並與之接觸，而巴祖卡探測器的使命則是尋找新的生命並將其消滅。
我們要講的最後一種是灰色粘質，它的唯一目的就是吞噬一切。灰色粘質有時也被稱為霸權集群，這個說法據說起源於阿瑟·C·克拉克和伊恩·M·班克斯。
灰色粘質並非必須是機器人或微型機器，為了更準確，我會用「霸權集群」這個說法。
阿拉斯泰爾·雷諾茲在他的書中也描繪過一種類似的存在，它最初是一個地球化改造集群，因設計缺陷失控，在宇宙中橫衝直撞，將恆星周圍所有適合建造棲息地的區域都改造成了戴森集群——這些戴森集群實際上早已被各種設施填滿，而它還會駕駛飛船攻擊已有人類定居的行星，將這些行星也納入棲息地的範圍。
這也是我花時間探討變異問題的原因之一，因為人們通常認為，任何自我複製探測器，只要經過足夠長的時間發生變異，最終都會變成巴祖卡探測器、灰色粘質或是霸權集群。
一旦真正的變異發生，尤其是在非智能的機器身上，我們有理由認為，它們會開始朝著嚴格的達爾文式目標進化，也就是生存和複製。
由此人們便會認為，倘若讓這些馮·諾依曼機器在銀河系中無人監管地自由活動漫長的時間，大多數原本友好、有益的類型，最終都會變得邪惡。
因此，有必要記住，我們有多種方法可以防止變異的發生。但還有一點常被忽視：變異並非將一個事物從A狀態變成B狀態，而是會讓它從A狀態演化出無數種可能，就像從一個字母發展成一整個字母表，再到一座圖書館，只要時間足夠。
我們現在之所以能坐在這裡，而我們數十億代以前的祖先只是變形蟲，原因就在於此；而現在地球上依然存在大量微小、簡單的微生物，原因也在於此。
所以，一台失控並發生變異的自我複製機器，最終大概率會在太陽系層面形成一個完整的生態系統。
你會看到這個生態系統的食物鏈底端，很可能是數萬億計圍繞恆星活動、吸收恆星光線的自我複製機器；
然後是以這些機器為食的其他機器，而這些機器又會成為更高級機器的食物；
食物鏈的頂端，大概率還會有以其他機器為食的掠食性機器；
還有一些機器會在柯伊伯帶活動，捕捉從更遙遠宇宙空間飛來的彗星和小型小行星。
這些事物並非機器生命的例子，它們就是生命本身，在這一點上，再做其他解讀都是荒謬的。
而且我們要記住，地球生命的起源也是如此——我們的星球也曾被最原始的生命形式以「灰色粘質」的方式占據，而且這種情況可能還發生過不止一次。
我有時會覺得一個想法很有趣：智慧生命其實是灰色粘質為了孕育出能脫離大氣層、走出太陽系的新一代灰色粘質而產生的一種進化適應，畢竟經典的進化過程本身，並不容易實現這樣的跨越。
好了，關於自我複製機器和納米機器，我再做一些最後的說明。
我已經提到過，變異並非這些機器必然具備的特徵，但既然我們提到了人類本質上是從「灰色粘質」進化而來的，就需要破除另一個誤解：認為成群的微型機器人能在幾天內就拆解掉整個星球。
微型機器人也同樣存在速度限制。為了方便理解，我們可以參考細菌的繁殖速度，細菌的繁殖速度相對我們人類來說非常快，通常每小時就能數量翻倍。
理論上來說，從一個細菌開始，第二天就能繁殖出一百萬，第三天是一萬億，第四天更是能達到一千萬億。
但在實際情況中，指數級增長往往會受到其他因素的制約。
不過，繁殖和生長速度更快、對食物來源的適應能力更強，顯然具備明顯的進化優勢。
即便如此，細菌也不會每秒就分裂一次，即便是速度最快的病毒——如果病毒也算生物體的話，它們是極其簡單的生物——也達不到這樣的速度。
複雜性是有代價的，組裝複雜的事物需要花費更多時間。
我們當然可以設計出比生物繁殖速度更快的機器，但它的繁殖速度不太可能比同尺寸的生物體快上好幾個數量級。
我們還要記住，化學反應和建造過程會產生大量的熱量。
這就是為什麼麵團、堆肥以及其他細菌大量繁殖的物質，溫度會升高的原因。
機器的複製速度有一個上限，一旦超過這個上限，產生的熱量會過高，直接摧毀進行複製的機器。
而且當環境溫度很高時，分子的運動速度會變得非常快，此時想要精準地抓取並放置分子來建造物體，難度會大幅增加，這些高速運動的分子還會不斷撞擊正在建造的物體。
我們往往會忽略，在分子層面，高溫就意味著物質的高速運動，在這樣的高溫環境下進行分子級別的建造，就像在冰雹中搭帳篷一樣困難。
熱量是許多過程的一大瓶頸。
你還需要記住，微小的物體本身就非常脆弱，而且每增加一個部件，就需要更多的材料、更多的建造時間，整個過程的速度也會隨之變慢。
你的微型機器人要如何獲取能量？太陽能？只有在晴天時，表層的機器人能利用太陽能，而且太陽能板的厚度有一個下限，太薄的話會極其脆弱。
在這么小的尺寸下，根本不可能製造出核能裝置，無論是核聚變還是核裂變，這是由物理規律決定的。
這就只剩下電池供電這一種選擇了，而依靠電池供電的機器人需要前往特定地點充電，電池也會讓機器人的體型變得十分臃腫；
另一種選擇是從拆解的物質中獲取現成的燃料，這種方式對於醫用納米技術來說非常合適，我們可以設計出依靠人體自身能量供能的醫用納米機器人，但想要製造出能利用各種化學燃料的微型機器人，幾乎是不可能的。
你幾乎必須為它配備不同的發動機，以適應不同的燃料來源，比如在一個地方用氧氣和甲烷，在另一個地方用太陽能，在人體裡用糖分等等。
這會增加機器的複雜性，讓體型變得更臃腫，也會延長複製的時間。
想要為機器人增加防電磁脈衝的防護層，就要添加防護材料，同樣會讓體型更臃腫、複製時間更長，還會因為機器人需要消耗更多能量來移動更重的身體，且更多的質量被用在防護上，而非移動和組裝、拆解工作，導致它完成其他任務的速度也變慢。
想要讓機器人體型更小，就需要更多的材料、更多的能量，複製速度也會更慢。
儘管這些機器的複製速度可能會比生物快不少，但不太可能達到超高速的水平。
人們向來難以理解尺度的概念，很多人認為典型的生物細胞，是由原子和分子像樂高積木一樣搭建而成的。
但實際上，細胞並非由十幾個、幾百個或幾千個原子分子組成，而是由數萬億個組成。
如果把原子或小分子看作搭建細胞的積木，不要把細胞想像成一棟由幾千塊積木建成的房子，而要想像成一座大型都市，甚至一整個星球——這就是大多數細胞相對於原子和最簡單分子的尺度。
即便是典型的病毒，通常也由數十萬個原子分子組成，更像是一棟摩天大樓，而非一座房子。
用這個原子等於積木的類比來看，人類、小狗這類普通的哺乳動物，就相當於一個星系。
所以，沒錯，我們能夠製造出比細菌小得多的機器，這些機器可能會非常堅固、適應性強、設計精巧，且繁殖速度快，但我們不能想當然地認為，它們是無敵的灰色粘質集群，能像潮水一樣席捲整個星球，或是擁有超能力。
我們還要記住：這些機器可以有各種尺寸，小到和病毒相當，大到比人類還大。
那麼，我們什麼時候能擁有這樣的機器呢？我猜測很快就可以，而且再說一次，我們可以說現在已經擁有了。這是一個重要的研究領域，無論是用於工廠的自動化建造，還是太空領域的應用，自動化建造技術都非常實用，而且在微觀層面，這項技術已經得到了廣泛應用。
自我複製機器在醫學領域的應用前景巨大，在生活便利方面也同樣如此——如果有一群專門的微型機器人圍繞著我們的家電，隨時進行維修，那會非常方便，尤其是這樣一來，我們可以把家電做得更小，因為它們無需具備足夠的耐用性來承受輕微損壞，這些損壞可以由機器人及時修復。
在這方面，你有兩種選擇：不一定非要讓這些機器具備自我複製能力，你可以製造出無自我複製能力的機器，在工廠進行批量生產，然後購買一小瓶有使用期限的非複製型微型機器人。
工廠里體型稍大一點的機器，可以持續製造出數百萬個微型機器人，這種方式更有利，因為通過讓機器更專業化，去掉所有用於複製的額外部件，我們能節省大量的材料和能量，還可以設置一些體型稍大的控制機器人，向微型機器人下達指令。
這些機器最終可能更像是由不同種類納米機器人組成的混合體系。
當然，你也可以選擇讓機器具備自我複製能力，只是將複製過程放在上一個層級，由細菌大小的移動工廠根據需要製造微型機器人，這些移動工廠還能接收更新，並向微型機器人推送更新。
這類機器的潛在用途數不勝數，它會是一項具有顛覆性的技術，我想我們大多數人都能在有生之年見到它的實現。但它也並非萬能的魔法棒，也不是能立刻帶來世界末日的裝置。
它在醫學領域的價值不可估量，有可能讓我們實現生物層面的永生；而它在太空探索和殖民領域的價值，也同樣巨大。
今天的主題是自我複製機器，尤其是馮·諾依曼探測器和巴祖卡探測器，我們將探討自我複製機器的基本概念以及關於它們的一些誤解，之後再來討論這兩種特定類型的機器還有其他幾種類型。首先，有三件關於自我複製機器的事我們需要一開始就弄清楚：第一，自我複製機器不一定體型微小；第二，可以說我們現在就有能力製造出一台；第三，自我複製機器未必只是機械裝置，它們也可以是有生命的。在科幻作品中，自我複製機器通常被設定為體型微小的納米機器人，但它們其實完全沒必要如此，納米機器人也並非必須具備自我複製的能力。這類機器在作品中也往往被描繪成單一類型，可實際上，你完全能打造出由多種不同類型、不同尺寸組成的機器集群。通常來說，如果需要更大的機器，人們會讓這些小機器拼接在一起組成大的，但這其實並非一種合理的做法。比如，如果我們需要金屬來製造更多的微型機器人，一種常見的設定是讓這些機器人從原材料中逐個剝離金屬原子，但這種做法其實有點荒謬；另一種做法是讓它們組合成傳統的熔爐來冶鍊金屬，這同樣十分荒唐，尤其是考慮到熔爐本身就是用要冶煉的這種金屬製造的，這麼做連熔爐本身都會被熔掉。其實更合理的做法是讓這些機器人直接建造一座熔爐。這就打破了關於「灰色粘質」的經典概念，所謂灰色粘質，就是指一群像粘質一樣的機器人吞噬整個星球。這個概念最初源於約翰·馮·諾依曼提出的通用組裝器，也叫構造器，德雷克斯勒在此基礎上進一步提出了分子組裝器的概念，幾乎所有納米機器的相關構想都源於此。但自我複製機器的概念遠比這更早，至少可以追溯到笛卡爾的時代，據說笛卡爾曾對瑞典女王克里斯蒂娜說，人體就是一台機器，而本身也是飽學之士的女王指著一座鐘表，讓他讓這台鐘表實現自我複製。
達爾文的理論開始傳播後不久，塞繆爾·巴特勒就開始思索自我複製機器發生變異、進化出意識的可能性。所以這個概念的歷史遠比人們通常認為的要悠久，而且最初的構想也並非聚焦於微型機器。
來說第二點，我們現在或許就有能力製造出自我複製機器，這裡體型的概念就很重要了。如果有一座自動化工廠四處移動，挖掘岩石並製造出全新的、設備齊全的工廠，那這就是一台自我複製機器。一台能夠列印出自身的3D印表機，同樣是自我複製機器。這類機器並非必須能自行製造生產原料，畢竟我們人類本身就是自我複製的「機器」，我們的細胞不僅無法直接將物質轉化為食物，實際上還依賴許多相互依存但又獨立存在的生命體來維持我們的生命活動。我們不只是以其他生物為食，腸道里還生活著大量的微生物，幫助我們消化食物。我們身體的每個細胞中甚至都有線粒體，它們依靠自身的遺傳密碼進行自我複製，這些「搭便車者」已經與我們共生了數億年，形成了真正的共生關係，儘管我們的脫氧核糖核酸中並不包含編碼它們的基因。所以，舉例來說，一座能夠自我複製的巨型工廠，即便其內部存在其他它所依賴、但自身無法製造的自我複製機器，它依然屬於自我複製機器。
既然我們將其與生物體進行對比，那就來探討一下「自我複製機器是有生命的」這一說法。目前對於「生命」還沒有一個公認的定義，但人們通常會將攝取營養、生長、排泄、繁殖以及適應和與環境互動的能力納入生命的特徵。之所以很難為生命下一個明確的定義，是因為理論上，幾乎去掉上述任何一個特徵，依然能合理地將某個事物稱為生命，但這一點在我們討論創造和改造生命時，是一個重要的限定條件。我從未見過一個能涵蓋所有常見生命形式，同時又將自我複製機器排除在外的生命定義，當然，這個定義可能會排除部分類型的自我複製機器。我這裡說的並非那種模糊的說法，比如我們會說火焰是「活的」，晶體是「活的」，這並非文字遊戲。我們想像中的典型自我複製機器，會具備一定的攝取營養的能力，當然也有繁殖能力，還會有類似脫氧核糖核酸的物質作為繁殖的藍圖。
這類機器並非必須具備生長或自我修復的能力，只要它能在自身通常出現損壞的時間之前，製造出另一台完整的成熟複製品就行。
生物體並不會通過這種直接製造出獨立且成熟個體的方式繁殖，它們會先生長，然後分裂成兩個個體，或者先產生小型的自身複製品，再由這些複製品發育成熟。
自我複製機器也可以被設計成這樣的繁殖方式，但它還有第三種選擇，那就是直接製造出成熟的個體。
不過，自我複製機器需要一份製造藍圖，這一點和任何生物體都一樣。我不想創造新的術語，也不想簡單稱之為「機器脫氧核糖核酸」，我就直接稱其為脫氧核糖核酸，儘管在大多數情況下，它幾乎肯定不是真正的脫氧核糖核酸，但在某些情況下，它可以是。畢竟，製造出能自我複製的微型機器的一個捷徑，就是改造現有細胞或病毒的脫氧核糖核酸或核糖核酸，讓它們執行特定的任務。轉基因生物就是自我複製機器的一個例子，而且這也是我們如今已經實現的技術。
這就引出了一個問題：我們製造這些機器的用途是什麼？它們的任務或使命是什麼？顯然，除了自我複製，它們並非必須承擔其他任務，但機器的製造本身就是帶有目的性的。這類設備的用途多種多樣，但主要有兩大方向：一是用於地球之外的太空領域，二是用於人體或其他複雜設備內部。這是因為它們最吸引人的特質，就是能夠進行自我修復，比如幫助人類從傷病中恢復，或者修復設備，這樣我們就不用把設備扔掉或送去維修。這一點對於太空探測器來說尤為實用，因為這意味著我們可以發射一枚速度相對較慢的探測器，即便它要歷經數千年才能抵達目標太陽系，我們也能期待它抵達時依然能正常運作。
在繼續深入探討之前，我想先破除一個常見的誤區：自我複製機器必然會發生變異。我們人類會變異，其他生物會變異，當然，一群微型機器人也可能發生變異，但它們並非註定如此，即便是在漫長的天文時間尺度下也是如此。對於從最簡單的生物體（據推測這些生物體最初是自行組裝形成的）進化為更複雜的生物體來說，變異是絕對必要的，但如果是為了特定目的製造機器，變異就並非是理想的特徵。我可不希望我發射前往仙女座星系的探測器，在歷經數百萬年的航行後發生變異。如果我把一本書交給一個人，讓他一字不差地抄寫，我們知道他肯定做不到，他會出一些差錯。如果他把抄錯的版本再交給另一個人，那個人大概率會把這些錯誤也抄下來，還會再添一些新的錯誤，如此反覆，最後抄出來的版本會和原版毫無相似之處，這就是變異。
如果這是我複製和保存信息的唯一方式，比如我是一位老國王，想確保抄寫員能準確保存我的回憶錄，我可以下令讓三位不同的抄寫員各抄一份。這樣一來，即便原版被毀，他們也能逐字對比這三份抄本，要是發現其中一份的某個字和另外兩份不同，他們就知道大概率另外兩份是正確的，進而修正錯誤。
當然，也有可能那兩位抄寫員犯了同一個錯誤，或者三份抄本的某個地方都不一致，但這兩種情況發生的概率都更低。不過，即便概率低，這些情況依然有可能發生，而且如果有上百萬行的代碼，經過上百萬次的複製，就經常會出現兩處相同的錯誤，或者某個地方三份抄本都不一致的情況。
如果增加到四份抄本，這種概率會進一步降低；增加到五份、六份，概率會更低，而且我們可以一直增加抄本數量，直到這種錯誤發生的概率變得極低，即便在整個宇宙的壽命周期內，這種錯誤發生一次的可能性都微乎其微。
所以，舉例來說，我可以設定這樣的機制：要製造一台新的機器，需要多台機器協同合作，就像有性繁殖一樣，只不過參與的數量更多。比如，讓20台機器匯聚成一個二十面體——一種有12個面、20個頂點的正多面體，每台機器位於一個頂點，在中間製造新的機器。在添加每一個新部件之前，它們會進行核對並達成一致。如果20台機器都對藍圖的某一部分達成一致，那就一切順利；如果沒有達成一致，那麼持有正確信息的機器數量少於半數的概率低得離譜。我們之前也曾探討過這種極低概率的事件，但人類的大腦並不擅長理解這類概率問題，我敢肯定現在有些人會想：「話雖如此，但只要有概率，就總會發生。」
從技術上來說，這話沒錯，但當概率低到極致時，就變得毫無意義了——低到即便把宇宙中的每一個原子都變成這樣的機器，我們一直等到所有恆星都燃盡，這種情況也未必會發生。
因此，我可以設定每台機器每年都需要和另外19台同伴進行一次數據核對，要是找不到這19台同伴，就自行關機。我們還可以設定各種各樣不同「種類」的機器，以及應對意外情況的不同協議，你當然也可以腦補出各種離奇的情況，但這並非重點。你可能希望你的機器人發生變異，也可能不希望，但如果你想讓機器人前往某個地方，並且確信它們在抵達前不會發生變異，這是能夠實現的。
這是人們對馮·諾依曼探測器提出的異議之一，所以我想在深入探討之前先把這一點講清楚。
約翰·馮·諾依曼提出了通用組裝器的構想，這類機器也常被稱為馮·諾依曼機器，也是「灰色粘質」概念的源頭，這一構想催生了五種將其應用於深空探索的主要概念。其中一種是基礎版本，我就直接稱其為馮·諾依曼探測器，儘管其他四種也屬於這一範疇。這五類分別是：第一，馮·諾依曼探測器；第二，布雷斯韋爾探測器；第三，地球化改造集群；第四，巴祖卡探測器集群；第五，灰色粘質集群。
基礎的馮·諾依曼探測器，就是一款能夠在星際間航行的探測器，它可以依靠微型機器人進行自我維護，還能在途經的星球停靠，進行維修、補充燃料，並自我複製出更多探測器，前往更多地方探索。
但在實際應用中，如果探測器能以這種方式自我修復，那麼從太陽系發射所有探測器會是更好的選擇。即便每個探測器的預算重達100噸，約為哈勃太空望遠鏡質量的10倍，我們也依然能利用一顆中等大小小行星的可用質量，製造出一萬億個這樣的探測器，這個數量甚至超過了銀河系中恆星的數量。
這些探測器都可以從太陽系出發，奔赴各個目標，而且會比發射少數幾枚探測器更快抵達目的地——那些少數的探測器需要在最近的恆星處減速，製造更多探測器，新的探測器再減速，再製造更多，如此循環往復。
更好的做法是，利用這種自動化生產能力，讓一枚小型探測器抵達目標後，捕獲一顆小行星，將其改造成一個更大的發射站，這個發射站還能作為中繼站，傳遞來自更遠探測器的信息。
第二種是布雷斯韋爾探測器，你大概率在電影《2001太空漫遊》中見過這類探測器的原型，影片中的黑色巨石就是布雷斯韋爾探測器。
布雷斯韋爾探測器的設計目的是與其他生命形式進行交流，因此它的體型需要小得多，且具備更強的適應性。
最簡單的布雷斯韋爾探測器，能夠進行自我修復，還能識別出有較大可能存在生命的行星，然後在附近降落，持續發射重複的無線電信號，內容包括如何與我們取得聯繫，以及關於我們的一些基本信息，就像一個巨大的霓虹燈牌，上面寫著「你好，這是我們的聯繫方式」，還附帶一份幫助對方理解我們語言的「羅塞塔石碑」。
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這類探測器通常被設定為擁有人類水平甚至更高的智能，具備真正的思考和決策能力。
從技術上來說，布雷斯韋爾探測器並非必須是馮·諾依曼機器，但考慮到星際旅行的時間跨度，以及它抵達目標後可能需要等待的漫長時間，除非探測器本身是自我複製機器，或者能利用自我複製機器進行修復，否則你需要將其部件製造得極其堅固，才能指望它在如此漫長的時間裡保持完好。
同樣，從太陽系發射所有布雷斯韋爾探測器，讓它們在抵達目標後自行組裝成型，可能是更有利的做法。
這樣做的好處是，探測器可以在一顆小行星上搭建基地，發射衛星進行監測，甚至派出地面探測器收集數據、嘗試與外星生命接觸，而不是一直待在原地廣播信號。
如果它能在當地進行製造，且擁有人類水平的智能，它就能收集足夠的信息，然後派出外形與假想中原始、低等的外星種族相似的人形機器人進行交流。
比如，數百年前如果有外星文明對地球採取這種做法，可能會先進行衛星監測，然後派出隱形的空中無人機，再派出小型的人形機器人或機器鼠近距離觀察，學習人類的語言和習俗，之後再派出人形機器人，詢問那些僅通過觀察無法得到答案的問題，或者向人類傳遞信息。
顯然，這種做法也可能踏入倫理的灰色地帶，比如試圖教導人類，或者假扮神明。
順帶一提，這兩種探測器的設計思路，也完全適用於建造載人宇宙飛船。我們可以利用自我複製機器，協助建造和維護供人類乘坐的更大規模宇宙飛船，但前提是，我們始終能以更低的成本、更快的速度製造出這些自動化的探測器——無論是建造時間，還是它們在太空中的航行速度，都更具優勢。
地球化改造集群，本質上就是先發射馮·諾依曼探測器，為人類定居尋找合適的星球，這些探測器要麼自身具備地球化改造的能力，要麼後續會有具備該能力的探測器跟進，之後再派出人類前往。
探測器抵達目標後，會不斷自我複製、擴大規模，從而對一顆行星進行地球化改造，甚至將整個太陽系改造成適合人類居住的棲息地，這一點我們在之前討論戴森球時也曾提到過。
這也是一個存在道德爭議的概念，因為如果地球化改造探測器中沒有搭載智能系統，它可能會毫無顧忌地對一顆已有生命居住的行星進行改造，將當地的動植物全部拆解，這種做法看起來極其可怕，即便這些行星上沒有智慧生命也是如此。
另一方面，有些人可能會覺得，如果一顆行星上只有變形蟲這類簡單生命，對其進行地球化改造是沒問題的。
人們對此的看法各不相同：有人認為只有當行星上存在智慧生命時，這種做法才是錯誤的；也有人認為，即便一顆行星未來有較大可能誕生生命，對其進行改造也是錯誤的。
當然，還有些人認為，即便行星上有智慧生命，這麼做也無妨。
巴祖卡探測器，通常被認為是某個文明在持有上述最後一種觀點，或是犯下嚴重錯誤時才會製造的機器。這個名字來源於弗雷德·薩伯哈根的一系列小說，小說中，這種機器人飛船或探測器在銀河系中探索，尋找新的生命形式並將其消滅。
小說中的這些機器本身並非獨立的馮·諾依曼機器，但它們作為一個整體，具備自我複製的能力。
巴祖卡探測器本質上就是一台惡意的布雷斯韋爾探測器：布雷斯韋爾探測器的使命是尋找新的生命並與之接觸，而巴祖卡探測器的使命則是尋找新的生命並將其消滅。
我們要講的最後一種是灰色粘質，它的唯一目的就是吞噬一切。灰色粘質有時也被稱為霸權集群，這個說法據說起源於阿瑟·C·克拉克和伊恩·M·班克斯。
灰色粘質並非必須是機器人或微型機器，為了更準確，我會用「霸權集群」這個說法。
阿拉斯泰爾·雷諾茲在他的書中也描繪過一種類似的存在，它最初是一個地球化改造集群，因設計缺陷失控，在宇宙中橫衝直撞，將恆星周圍所有適合建造棲息地的區域都改造成了戴森集群——這些戴森集群實際上早已被各種設施填滿，而它還會駕駛飛船攻擊已有人類定居的行星，將這些行星也納入棲息地的範圍。
這也是我花時間探討變異問題的原因之一，因為人們通常認為，任何自我複製探測器，只要經過足夠長的時間發生變異，最終都會變成巴祖卡探測器、灰色粘質或是霸權集群。
一旦真正的變異發生，尤其是在非智能的機器身上，我們有理由認為，它們會開始朝著嚴格的達爾文式目標進化，也就是生存和複製。
由此人們便會認為，倘若讓這些馮·諾依曼機器在銀河系中無人監管地自由活動漫長的時間，大多數原本友好、有益的類型，最終都會變得邪惡。
因此，有必要記住，我們有多種方法可以防止變異的發生。但還有一點常被忽視：變異並非將一個事物從A狀態變成B狀態，而是會讓它從A狀態演化出無數種可能，就像從一個字母發展成一整個字母表，再到一座圖書館，只要時間足夠。
我們現在之所以能坐在這裡，而我們數十億代以前的祖先只是變形蟲，原因就在於此；而現在地球上依然存在大量微小、簡單的微生物，原因也在於此。
所以，一台失控並發生變異的自我複製機器，最終大概率會在太陽系層面形成一個完整的生態系統。
你會看到這個生態系統的食物鏈底端，很可能是數萬億計圍繞恆星活動、吸收恆星光線的自我複製機器；
然後是以這些機器為食的其他機器，而這些機器又會成為更高級機器的食物；
食物鏈的頂端，大概率還會有以其他機器為食的掠食性機器；
還有一些機器會在柯伊伯帶活動，捕捉從更遙遠宇宙空間飛來的彗星和小型小行星。
這些事物並非機器生命的例子，它們就是生命本身，在這一點上，再做其他解讀都是荒謬的。
而且我們要記住，地球生命的起源也是如此——我們的星球也曾被最原始的生命形式以「灰色粘質」的方式占據，而且這種情況可能還發生過不止一次。
我有時會覺得一個想法很有趣：智慧生命其實是灰色粘質為了孕育出能脫離大氣層、走出太陽系的新一代灰色粘質而產生的一種進化適應，畢竟經典的進化過程本身，並不容易實現這樣的跨越。
好了，關於自我複製機器和納米機器，我再做一些最後的說明。
我已經提到過，變異並非這些機器必然具備的特徵，但既然我們提到了人類本質上是從「灰色粘質」進化而來的，就需要破除另一個誤解：認為成群的微型機器人能在幾天內就拆解掉整個星球。
微型機器人也同樣存在速度限制。為了方便理解，我們可以參考細菌的繁殖速度，細菌的繁殖速度相對我們人類來說非常快，通常每小時就能數量翻倍。
理論上來說，從一個細菌開始，第二天就能繁殖出一百萬，第三天是一萬億，第四天更是能達到一千萬億。
但在實際情況中，指數級增長往往會受到其他因素的制約。
不過，繁殖和生長速度更快、對食物來源的適應能力更強，顯然具備明顯的進化優勢。
即便如此，細菌也不會每秒就分裂一次，即便是速度最快的病毒——如果病毒也算生物體的話，它們是極其簡單的生物——也達不到這樣的速度。
複雜性是有代價的，組裝複雜的事物需要花費更多時間。
我們當然可以設計出比生物繁殖速度更快的機器，但它的繁殖速度不太可能比同尺寸的生物體快上好幾個數量級。
我們還要記住，化學反應和建造過程會產生大量的熱量。
這就是為什麼麵團、堆肥以及其他細菌大量繁殖的物質，溫度會升高的原因。
機器的複製速度有一個上限，一旦超過這個上限，產生的熱量會過高，直接摧毀進行複製的機器。
而且當環境溫度很高時，分子的運動速度會變得非常快，此時想要精準地抓取並放置分子來建造物體，難度會大幅增加，這些高速運動的分子還會不斷撞擊正在建造的物體。
我們往往會忽略，在分子層面，高溫就意味著物質的高速運動，在這樣的高溫環境下進行分子級別的建造，就像在冰雹中搭帳篷一樣困難。
熱量是許多過程的一大瓶頸。
你還需要記住，微小的物體本身就非常脆弱，而且每增加一個部件，就需要更多的材料、更多的建造時間，整個過程的速度也會隨之變慢。
你的微型機器人要如何獲取能量？太陽能？只有在晴天時，表層的機器人能利用太陽能，而且太陽能板的厚度有一個下限，太薄的話會極其脆弱。
在這么小的尺寸下，根本不可能製造出核能裝置，無論是核聚變還是核裂變，這是由物理規律決定的。
這就只剩下電池供電這一種選擇了，而依靠電池供電的機器人需要前往特定地點充電，電池也會讓機器人的體型變得十分臃腫；
另一種選擇是從拆解的物質中獲取現成的燃料，這種方式對於醫用納米技術來說非常合適，我們可以設計出依靠人體自身能量供能的醫用納米機器人，但想要製造出能利用各種化學燃料的微型機器人，幾乎是不可能的。
你幾乎必須為它配備不同的發動機，以適應不同的燃料來源，比如在一個地方用氧氣和甲烷，在另一個地方用太陽能，在人體裡用糖分等等。
這會增加機器的複雜性，讓體型變得更臃腫，也會延長複製的時間。
想要為機器人增加防電磁脈衝的防護層，就要添加防護材料，同樣會讓體型更臃腫、複製時間更長，還會因為機器人需要消耗更多能量來移動更重的身體，且更多的質量被用在防護上，而非移動和組裝、拆解工作，導致它完成其他任務的速度也變慢。
想要讓機器人體型更小，就需要更多的材料、更多的能量，複製速度也會更慢。
儘管這些機器的複製速度可能會比生物快不少，但不太可能達到超高速的水平。
人們向來難以理解尺度的概念，很多人認為典型的生物細胞，是由原子和分子像樂高積木一樣搭建而成的。
但實際上，細胞並非由十幾個、幾百個或幾千個原子分子組成，而是由數萬億個組成。
如果把原子或小分子看作搭建細胞的積木，不要把細胞想像成一棟由幾千塊積木建成的房子，而要想像成一座大型都市，甚至一整個星球——這就是大多數細胞相對於原子和最簡單分子的尺度。
即便是典型的病毒，通常也由數十萬個原子分子組成，更像是一棟摩天大樓，而非一座房子。
用這個原子等於積木的類比來看，人類、小狗這類普通的哺乳動物，就相當於一個星系。
所以，沒錯，我們能夠製造出比細菌小得多的機器，這些機器可能會非常堅固、適應性強、設計精巧，且繁殖速度快，但我們不能想當然地認為，它們是無敵的灰色粘質集群，能像潮水一樣席捲整個星球，或是擁有超能力。
我們還要記住：這些機器可以有各種尺寸，小到和病毒相當，大到比人類還大。
那麼，我們什麼時候能擁有這樣的機器呢？我猜測很快就可以，而且再說一次，我們可以說現在已經擁有了。這是一個重要的研究領域，無論是用於工廠的自動化建造，還是太空領域的應用，自動化建造技術都非常實用，而且在微觀層面，這項技術已經得到了廣泛應用。
自我複製機器在醫學領域的應用前景巨大，在生活便利方面也同樣如此——如果有一群專門的微型機器人圍繞著我們的家電，隨時進行維修，那會非常方便，尤其是這樣一來，我們可以把家電做得更小，因為它們無需具備足夠的耐用性來承受輕微損壞，這些損壞可以由機器人及時修復。
在這方面，你有兩種選擇：不一定非要讓這些機器具備自我複製能力，你可以製造出無自我複製能力的機器，在工廠進行批量生產，然後購買一小瓶有使用期限的非複製型微型機器人。
工廠里體型稍大一點的機器，可以持續製造出數百萬個微型機器人，這種方式更有利，因為通過讓機器更專業化，去掉所有用於複製的額外部件，我們能節省大量的材料和能量，還可以設置一些體型稍大的控制機器人，向微型機器人下達指令。
這些機器最終可能更像是由不同種類納米機器人組成的混合體系。
當然，你也可以選擇讓機器具備自我複製能力，只是將複製過程放在上一個層級，由細菌大小的移動工廠根據需要製造微型機器人，這些移動工廠還能接收更新，並向微型機器人推送更新。
這類機器的潛在用途數不勝數，它會是一項具有顛覆性的技術，我想我們大多數人都能在有生之年見到它的實現。但它也並非萬能的魔法棒，也不是能立刻帶來世界末日的裝置。
它在醫學領域的價值不可估量，有可能讓我們實現生物層面的永生；而它在太空探索和殖民領域的價值，也同樣巨大。