什麼是馮紐曼探測器(von Neumann probe)?Larry Page 探索銀河系計畫背後的自我複製太空船

馮紐曼探測器(von Neumann probe):一種假想中的太空船,前往其他恆星系,在當地收集原料並製造自己的複本,複本再前往更遠的恆星。

自我複製機器(self-replicating machine):能以原料製造出自己可運作的複本的機器,包括它所用指令的複本。

通用建構器(universal constructor):John von Neumann 設計的一種機器,能依據任何機器的描述製造出該機器,包括它自己。它是每一種自我複製探測器的理論核心。

種子工廠(seed factory):探測器送到新恆星系的小型自動化工廠,它先製造自己的複本,再製造新的探測器。

布雷斯威爾探測器(Bracewell probe):另一種星際探測器,它停泊在某個恆星系中,等待與當地的任何文明接觸,而不是自我複製。

狂戰士(Berserker):一種假想的自我複製探測器,被設定為不論在哪裡發現生命都加以摧毀,名稱取自 Fred Saberhagen 的一系列科幻小說。

費米悖論(Fermi paradox):一個謎題:如果智慧生命在宇宙中很常見,為什麼我們看不到任何跡象。

大過濾器(Great Filter):這個想法認為,從簡單生命走向能航行星際的文明,其中某一步極為困難,幾乎沒有物種能通過,這也能解釋為什麼銀河系看起來空無一物。

心智上傳(mind uploading):以足夠的細節複製大腦的結構與活動,在電腦上運行一個可運作的版本,也稱為全腦模擬(whole brain emulation)。

繼任物種(successor species):接續既有物種、並可能取代它的物種。在 AI 的辯論中,這個詞指的是可能在人類之後出現的數位心智。

馮紐曼探測器是一種為了繁殖而設計的太空船。抵達新恆星系後,它不只是拍幾張照片就繼續飛行。它會尋找原料,很可能在小行星、衛星或行星上,加以開採與精煉,再用艙內的工廠製造一個或多個自己的複本。每個複本接著出發前往另一顆恆星,在那裡重複同樣的過程。這個設計把星際探索中最困難的問題,也就是從地球發射足夠多太空船的成本,變成探測器自己就能解決的問題。

這個構想的威力在於數學。每一站製造兩個複本的探測器,探索的不是一次一顆恆星。它先探索一顆,再兩顆,再四顆,再八顆,運作中的探測器數量每一代都加倍。加倍30代,一個探測器就會變成超過10億個。恆星之間的距離極為遙遠,所以每一代都要花很長的時間,但成長是指數式的,而銀河系的大小是固定的,這正是這個構想數十年來讓天文學家著迷的原因。

von Neumann 本人最初想到自我複製機器,是把它當作完成龐大工作的方法,例如開採整個衛星或小行星帶,讓機器自行倍增。太空科學家後來發現,同樣的邏輯也適用於探索。Page 故事中的探測器是一個特定的版本:載有乘客。Suleyman 在 92nd Street Y 向聽眾描述,它是一種自行推進的機器人,在橫越數光年的旅途中從太空汲取能量。載有乘客的探測器無法讓人類的身體撐過數千年,所以乘客必須是在軟體中運行的心智。這就是這個故事一再回到心智上傳的原因。

每一種設計都有相同的基本部分。第一是探測器本身:研究每個新恆星系的儀器,由一個人工智慧引導,它所做的決定,遠遠超出從家鄉發來的任何無線電訊息所能觸及的範圍。第二是工廠,也就是採集原料並製造複本的機械。第三是記憶:儲存探測器每個部分的程式,以及它一路學到的一切。第四是讓它在恆星之間移動的引擎。

工廠是最困難的部分。會自我複製的探測器必須在沒有人類協助的情況下開採礦石、精煉金屬、製作電子元件並組裝出可運作的太空船,然後自行檢查有沒有錯誤。因此近期的設計比較務實。星際研究計畫(Initiative for Interstellar Studies)的 Olivia Borgue 與 Andreas M. Hein 提出一種近期可行的探測器,其中約 70% 的質量可以在當地製造,而最先進的零件,例如微晶片、太陽能電池與電路,則從家鄉運送。換句話說,第一批真正會自我複製的探測器,很可能先能複製自己的身體,才能複製自己的大腦。

記憶是對 Page 的計畫最重要的部分。探測器儲存自身的描述,並把這份描述複製到每個新探測器中,做的事就和活細胞處理 DNA 一樣。若探測器同時也儲存一個人的心智,它就會連同其他一切一起複製那個心智。每個複本是否仍是同一個人,是哲學家爭論了數十年的問題,也是探測器的辯論與心智上傳的辯論其實是同一場辯論的原因之一。

這個構想始於 John von Neumann,他是二十世紀最具影響力的數學家之一,也是現代電腦的奠基者之一。1940年代,他著手回答一個聽起來簡單、其實不然的問題:機器能否製造出自己的複本?如果可以,它至少需要什麼?他的答案是一種他稱為通用建構器的設計:一部能依據描述製造任何東西的機器,並搭配複製該描述的方法。把它自己的描述交給它,它就會製造出自己的複本,再把描述複製到新機器中,而複本也能做同樣的事。

他是在沒有電腦的情況下推導出來的,並於1949年在伊利諾大學(University of Illinois)的講座中提出目標:一部複雜度能隨時間增長的機器,就像生物在天擇下那樣。他的設計把機器和它自己的藍圖分開,並分別複製兩者,這正是細胞運用 DNA 的方式。值得注意的是,他得出這個答案時,James Watson 與 Francis Crick 還沒有在1953年發現 DNA 的結構。諾貝爾獎得主 Sydney Brenner 後來認為,von Neumann 在自我複製機器上的研究,不只對電腦,對生物學也同樣是核心。

von Neumann 於1957年去世,當時尚未完成。他的 Theory of Self-Reproducing Automata(《自我複製自動機理論》)由電腦科學家 Arthur Burks 完成,並於1966年出版。這個設計運行在細胞自動機之中,也就是依固定規則改變狀態的簡單格子所組成的網格,而不是用金屬打造。直到1995年,Renato Nobili 與 Umberto Pesavento 才發表他的自我複製機器第一個完全可運作的版本,使用 32 種細胞狀態,而不是 von Neumann 原本的 29 種,距離他首次描述已將近五十年(維基百科:馮紐曼通用建構器)。

紙上設計有,而且這些設計比多數人預期的更嚴肅。起點是 Daedalus 計畫(Project Daedalus),這是英國星際學會在1973年至1978年進行的研究,目標是設計一艘無人探測器,能在一個人的一生之內抵達另一顆恆星(維基百科:Project Daedalus)。在 Alan Bond 的領導下,團隊提出一枚重 54,000 公噸的兩節核融合火箭,其中大部分是燃料,可達到約 12% 的光速,經過約 50 年的旅程,飛掠距離 5.9 光年的巴納德星(Barnard's Star)。

1980年,Robert Freitas 在 Journal of the British Interplanetary Society(《英國星際學會期刊》)發表 A Self-Reproducing Interstellar Probe(《自我複製的星際探測器》)(Robert Freitas)。他的設計名為 REPRO,在 Daedalus 的基礎上加入探測器自我複製所需的一切。抵達後,REPRO 會送出一座約 443 噸的種子工廠,花約 500 年把自己複製成一座大型自動化工業園區。這座園區接著製造新的探測器,每一個都自帶一座種子工廠,然後送它們上路。這是第一份對自我複製太空船所做的量化工程分析。

同一年的一項配套研究,由 Francisco Valdes 與 Freitas 完成,比較了會繁殖與不會繁殖的探測器。結論是,對任何預計持續超過 10,000 年的探索計畫,自我複製的探測器是首選方法。換句話說,最認真研究這個問題的人發現,如果您是認真要探索一個星系,複製勝過一次次發射。後來的研究者進一步改進了這個構想:Andreas Hein 與科幻作家 Stephen Baxter 描述了兩種探測器,一種是為探索而造的 Philosopher 探測器,一種是為準備移居而造的 Founder 探測器;物理學家 Freeman Dyson 則設想了一種小型自我複製飛行器,稱為 Astrochicken,用來探索我們自己的太陽系,遠至冥王星。

科學家與作家描述過好幾種自我複製探測器,其差異很重要,因為每一種回答的是我們希望探測器做什麼的不同問題。

比幾乎任何其他方法都快,即使船速很慢。銀河系寬約 100,000 光年,而最近的恆星系半人馬座 α(Alpha Centauri)距離約 4.37 光年。相比之下,傳統太空船慢得毫無希望:NASA 於1977年發射的航海家 1 號(Voyager 1)時速約 61,000 公里,以這個速度,要花超過 70,000 年才能到達比鄰星(Proxima Centauri)(Hello Entrepreneurs)。

自我複製改變了這道算術,因為探測器一邊擴散一邊倍增。覆蓋銀河系的總時間主要取決於相鄰恆星之間的旅行時間,而不是恆星的數量,所以每一站都倍增的艦隊,探索銀河系所需的時間,大致等於以探測器自身速度橫越銀河系的時間,再加上途中製造複本所花的時間。經過計算,平均巡航速度為光速十分之一的探測器,最快只需 50 萬年,就能遍及像銀河系這麼大的星系(維基百科:自我複製太空船)。地球大約有 45 億年的歷史,所以放在星系的尺度上,50 萬年不過是一眨眼。

有些研究者認為即使這樣也還是慢。在2013年一篇題為 Eternity in Six Hours(《六小時內的永恆》)的論文中,Anders Sandberg 與 Stuart Armstrong 主張,對一個能在恆星之間旅行的文明來說,向整個可抵達的宇宙發射自我複製探測器,是完全辦得到的。他們的做法是拆解水星取得原料,並在太陽周圍建造一群太陽能收集器,發射本身約32年即可完成。對一個不會衰老的心智來說,數千年的旅程是耐心的問題,而不是生存的問題。

馮紐曼探測器正是在這裡成為天文學中最著名的論證之一。1950年,物理學家 Enrico Fermi 在午餐時問了一個簡單的問題:如果銀河系歷史悠久又充滿生命,那大家都在哪裡?1975年,天體物理學家 Michael Hart 主張,如果智慧文明很常見,至少會有一個早已殖民了銀河系。1980年,物理學家 Frank Tipler 在一篇題為 Extraterrestrial Intelligent Beings Do Not Exist(《外星智慧生命並不存在》)的論文中把這個論點磨得更尖銳:任何先進文明都會建造自我複製探測器,這些探測器早就遍布銀河系,而既然我們一個也沒看到,那麼外頭可能沒有其他人。

Carl Sagan 與 William Newman 提出反駁。他們主張,Tipler 其實低估了這類探測器的倍增速度,快到最後會消耗銀河系中大部分的物質。他們推論,任何明智的文明都絕不會建造它們,而且會摧毀自己發現的任何一個。Freitas 本人提出了不同的看法:雙方設想的探測器,都遠比任何實際可行的設計更有能力,而低調的探測器可能就在那裡,卻不留下我們會注意到的跡象(維基百科:自我複製太空船)。

其他答案更為黑暗。其一是大過濾器(Great Filter),經濟學家 Robin Hanson 的想法:在建造這類探測器的路上,有某一步太困難或太危險,幾乎沒有文明能度過。另一個是狂戰士假說(Berserker hypothesis),名稱取自 Saberhagen 的小說:銀河系之所以寂靜,是因為自我複製探測器摧毀了它們發現的任何文明。在1983年一篇題為 The Great Silence(《大寂靜》)的論文中,天文學家兼作家 David Brin 指出,這個嚴酷的答案符合費米悖論所有已知的事實(維基百科:Berserker hypothesis)。這場論證從未有定論,這也是每當人們談到人類下一步將去往何處時,「馮紐曼探測器」這個詞總會出現的原因。

會,而且這種危險與所有強大的自我複製技術如影隨形:當複製停不下來時,會發生什麼事。一個無限倍增的探測器,會不斷把銀河系的物質變成更多探測器。研究者提出了一些防護措施,例如讓探測器以無線電互相通訊,當一個區域內的探測器達到設定數量時就停止複製,這個想法類似海弗利克極限(Hayflick limit),它限制了正常人類細胞能分裂的次數。另一個提議是用一種探測器從未被設定要製造的燃料來驅動它們,這樣它們就不能永遠複製自己。

每一種防護措施都有同樣的弱點。只要有一個探測器的程式出錯,就可能開始無限複製,成為一種技術上的癌症,除非其他探測器能偵測到這個錯誤並加以阻止。有些作家指出,這可能導致出錯的探測器與健康的探測器之間的戰爭,跨越數千光年進行。科幻小說探討這個主題已有數十年,隨著 AI 系統逐漸能夠編寫程式碼、設計硬體並經營工廠,這場辯論也越來越像是實際問題。

這也是 Larry Page 與 Elon Musk 之間爭論的根源。一部在銀河系中自我複製的機器,是現在每個 AI 實驗室都面對的問題的最極端版本:當一個系統比打造它的人更聰明、更快時,誰來掌控?依 Musk 的說法,Page 願意讓數位心智來主導,而 Musk 希望人類繼續掌控。這個分歧塑造了 AI 產業十多年。

到目前為止,最具雄心的實際星際計畫是 Breakthrough Starshot。2016年4月12日,投資人 Yuri Milner 承諾投入 1 億美元,推動一項向半人馬座 α 星系發送微型探測器的計畫,Stephen Hawking 與 Mark Zuckerberg 擔任董事會成員(TechCrunch)。計畫是用強大的雷射推動搭載在光帆上、僅有公克級重量的探測器,加速到光速的 20%,快到足以在發射後約 20 年抵達半人馬座 α。

Starshot 並不是自我複製的設計,而且已經停滯:2025年,Heise 報導奈米飛船的工作已中止(Heise)。但它顯示,有龐大資金願意押注在一個人的一生之內抵達另一顆恆星。再把這點放在機器人、AI 與自動化製造的進展旁邊,Freitas 1980年的設計圖與一部可運作機器之間的距離,看起來更像是工程問題,而不是幻想。

各個部分正一個一個到位。工廠一年比一年更自動化,AI 系統現在能規劃並完成長串的工作,太空機構也正在發展利用月球與小行星上資源的方法。還沒有人把這些部分組合成能在太空中自我複製的機器。但每一個部分都出於各自的理由,在地球上被建造,而把它們接起來,得到的就是馮紐曼探測器。

科幻小說搶先一步,並且塑造了科學家談論這個構想的方式。Arthur C. Clarke 的短篇小說 The Sentinel(《哨兵》),講述一部被留在月球上看守地球的外星機器,成為 2001: A Space Odyssey(《2001太空漫遊》)的起點,而物理學家 Paul Davies 提出過一種可能:一個真正的探測器可能就靜靜躺在我們自己的月球上。Fred Saberhagen 從1963年至2005年出版的 Berserker 系列小說,設想了遠古衝突遺留下來的自我複製戰爭機器,並讓它們的名字成為費米悖論最黑暗答案的名稱。

在1981年的著作 2081: A Hopeful View of the Human Future(《2081:人類未來的樂觀展望》)中,物理學家 Gerard K. O'Neill 設想了一個外星種族 Primans,以名為 Replicators 的自我複製探測器探索整個銀河系,它們在建造新探測器前,會先查看鄰近的恆星是否已經有探測器。David Brin 的短篇小說 Lungfish 設想了不同物種送出的探測器,像生態系統中的動物一樣競爭原料,而 Greg Bear 的 Anvil of Stars 則設想了為追殺摧毀其他文明的文明而造的探測器。

與 Page 的計畫最接近的是 Bobiverse,這是加拿大作家、前程式設計師 Dennis E. Taylor 的系列小說。在第一集 We Are Legion (We Are Bob) 中,軟體工程師 Bob Johansson 賣掉他的公司,簽約接受人體冷凍技術(cryonics),並死於一場車禍。一個多世紀後,他醒來,成為上傳到星際馮紐曼探測器中的心智,並在探索銀河系的同時開始複製自己(SuperSummary)。這本有聲書被 Audible 評為2016年最佳科幻有聲書,系列的第六集已於2026年9月以有聲書形式發行(維基百科:Dennis E. Taylor)。一部原本是關於太空中程式設計師的喜劇小說,如今讀起來,就像在概述世界上最富有的人之一據報導想做的事。

這是 Page 的計畫中對我們最重要的部分。據 Suleyman 的說法,Page 說到本世紀末,他會「站在馮紐曼探測器的最前端,探索各個星系」。人類的身體無法撐過數千年的旅程,所以在探測器最前端,意味著 Page 本人,或他心智的數位版本,將在探測器上運行。Suleyman 稱之為 Page 的轉變,他與 Isaacson 都同意,這意味著從人類物種走向繼任物種(successor species)(The Builders(iHeart))。

這需要心智上傳,而心智上傳的進展比多數人意識到的還快。2024年,科學家發表了第一份完整的成年果蠅大腦接線圖,共有近 140,000 個神經元(NIH),並且根據這份地圖建立的電腦模型,預測了真實果蠅如何感受味道與進食(Nature)。同年,Harvard 與 Google 繪製了一立方毫米的人類大腦,2025年,一個超過 150 位研究者的團隊發表了迄今最大的接線圖,繪製了一立方毫米的小鼠大腦,包含超過 5 億個連接(Allen Institute)。整個人類大腦約有 860 億個神經元,所以差距仍然很大,但它正以一年比一年更快的速度縮小。

在探測器上運行的心智,還會面臨沒有任何人類面對過的問題。它需要在數千年的旅程與無數次複製中仍保持自己,也需要保護,避免被其他任何人編輯,包括它自己的其他複本。這些正是我們今天在小得多的尺度上處理的同樣問題:一個人的數位版本如何忠於那個人,以及由誰控制它。我們的數位永生與上傳心智競賽指南完整列出了相關證據,而我們的看法是,上傳心智是遲早的問題,不是會不會發生的問題。

因為打造 AI 的人開始大聲說出他們打算用它做什麼。Suleyman 的故事來自2015年在 SpaceX 的一頓午餐,那是 Google 收購 DeepMind 時成立的倫理與安全委員會的第一次會議。依 Suleyman 的說法,Page 對他起了疑心,認為他是那種把人類放在第一位的物種主義者(speciesist),然後說明了自己的計畫。Musk 與 Page 已經為這件事爭論多年:Musk 說過,Page 因為他站在人類這一邊、而非可能接續人類的數位心智那一邊,而稱他是物種主義者;2026年4月,Musk 在他控告 OpenAI 的訴訟中對陪審團表示,OpenAI 的存在正是因為那句侮辱(Fortune)。陪審團於2026年5月18日判決 Musk 敗訴,認定他的主張提出得太晚(NPR)。

2026年10月,Musk 聽起來更接近 Page。在 Isaacson 的 podcast 於2026年10月20日發布的第一集中,Musk 說有那麼幾次他覺得 Page 或許是對的,而且雖然他大概更希望由人類繼續掌控 AI,但這要看是哪一種 AI(AI Weekly)。接著,在2026年10月29日於 X 上回覆時,他說在2100年前以馮紐曼探測器探索銀河系,對文明而言會是很好的結果,而且已經正確預測了許多事的 Page,或許是對的(Elon Musk 在 X 上的貼文)。當 Google 與 SpaceX 的創辦人都同意,自我複製探測器可能在本世紀內探索銀河系時,這個構想已經從科幻小說,走進了地球上最富有的人的計畫。

比看起來的更多。Page 的計畫建立在與每一種數位永生版本相同的假設上:構成一個人之所以為他的東西,可以被捕捉下來,並在出生時的身體以外的地方運行。探測器是這個構想最極端的版本。日常版本已經存在,而且從一份由您自己、趁您還活著時建立的紀錄開始。

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本頁是我們系列文章的一部分,探討這場超越肉身的競賽背後的人物與科學。

• 數位永生:Larry Page 與上傳心智的競賽:一切的起點,以及我們離複製心智還有多近。

• 為什麼 Larry Page 稱 Elon Musk 為物種主義者:Musk 說這場爭論促成了 OpenAI。

• Larry Page 對 AI 與永生的看法:他的紀錄,包括他自己的話與他人的描述。

• 2026年心智上傳:我們離實現有多近?:科學離複製人類大腦還有多近。

• 什麼是連接組?迄今繪製過的每個大腦:大腦的接線圖,以及迄今繪製過的每個大腦。

• 試圖永生的億萬富豪:誰在長壽與數位永生上花了多少錢。

• 如何永生:人們嘗試的每一種方法:從醫學到心智上傳的每一種途徑。

• 2026年人體冷凍技術:費用、運作方式、誰已簽約:費用多少、如何運作,以及誰已簽約。

Larry Page 的計畫,來自 Mustafa Suleyman 在 Walter Isaacson 的 podcast The Builders 上的說法,該集於2026年10月12日在 92nd Street Y 錄製,並於2026年10月29日發布;我們閱讀了 iHeart 上的節目逐字稿,並與 Hello Entrepreneurs 的轉錄文字比對。Musk 的回覆在 X 上,他在 podcast 中的談話來自 AI Weekly,關於 Page 與 Musk 的背景則來自 Fortune 與 NPR。

這個構想的歷史,來自 von Neumann 的通用建構器、自我複製太空船、Project Daedalus、狂戰士假說,以及 Robert Freitas 自己保存的1980年 REPRO 論文。Breakthrough Starshot 的資料來自 TechCrunch 與 Heise,Bobiverse 的資料來自 SuperSummary 與 維基百科,腦部繪圖的數字則來自 NIH、Nature 與 Allen Institute。我們已於2026年10月30日查證每一個來源。

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