什么是冯·诺依曼探测器（von Neumann probe）？Larry Page 星系探索计划背后的自我复制航天器

冯·诺依曼探测器：一种假想中的航天器，前往其他恒星系，在当地收集原材料并制造自己的副本，这些副本再继续飞往更远的恒星。

自我复制机器：能够用原材料制造出自身可运行副本的机器，其中包括它所用指令的副本。

通用构造器：John von Neumann 设计的一种机器，能够根据描述制造出任何机器，包括它自己。它是每一种自我复制探测器的理论核心。

种子工厂：探测器送到新恒星系的一座小型自动化工厂，它先制造自己的副本，再制造新的探测器。

布雷斯韦尔探测器：另一种星际探测器，它停驻在某个恒星系中，等待与那里的任何文明取得联系，而不是自我复制。

狂战士（Berserker）：一种假想中的自我复制探测器，被设定为无论在哪里发现生命都将其毁灭，名称取自 Fred Saberhagen 的一系列科幻小说。

费米悖论：如果智慧生命在宇宙中很普遍，为什么我们看不到任何迹象，这一谜题就是费米悖论。

大过滤器：这一观点认为，从简单生命走向星际文明的道路上，有某一步极其艰难，几乎没有物种能够跨过，这可以解释为什么银河系看起来空无一物。

意识上传：以足够的细节复制大脑的结构和活动，从而在计算机上运行一个可工作的版本，也称全脑仿真（whole brain emulation）。

继任物种（successor species）：继承并可能取代现有物种的物种。在人工智能的讨论中，这个词指的是可能出现在人类之后的数字意识。

冯·诺依曼探测器是为繁殖而设计的航天器。抵达一个新的恒星系后，它不会只是拍几张照片就继续飞行。它会寻找原材料，很可能在小行星、卫星或行星上，对其进行开采和精炼，并利用机载工厂制造一个或多个自己的副本。每个副本再飞向另一颗恒星，在那里重复这一过程。这种设计把星际探索中最难的问题，也就是从地球发射足够多航天器的成本，变成了探测器自己解决的问题。

这个构想的威力在于数学。每到一站就制造两个副本的探测器，不是一次探索一颗恒星，而是先探索一颗，再探索两颗，然后四颗、八颗，活跃探测器的数量每一代都会翻倍。翻倍 30 代，一艘探测器就变成 10 亿艘以上。恒星之间的距离极其遥远，因此每一代都要花很长时间，但增长是指数级的，而银河系的大小是固定的，这正是这个构想数十年来令天文学家着迷的原因。

von Neumann 本人最初思考自我复制机器，是把它当作完成巨大工程的一种方式，比如开采整个月球或小行星带，办法是让机器自行增殖。后来，太空科学家发现同样的逻辑也适用于探索。Page 故事中的探测器是一个特别的版本：带有乘客。Suleyman 在 92nd Street Y 向听众描述说，它是一种自我推进的机器人，在穿越数光年的旅程中从太空中收集能量。带乘客的探测器无法让人的身体存活数千年，所以乘客只能是在软件中运行的意识。这就是这个故事总是回到意识上传的原因。

所有设计都有相同的基本部分。第一是探测器本身：研究每个新恒星系的仪器，由人工智能引导，它所做的决策远远超出来自家乡的无线电信息所能触及的范围。第二是工厂，即收集原材料并制造副本的机器。第三是存储：每个部分的程序，加上它一路学到的一切。第四是在恒星之间推动它前进的发动机。

工厂是最难的部分。一台能自我复制的探测器必须在没有人类帮助的情况下开采矿石、精炼金属、制造电子元件、组装出可工作的航天器，然后检查自己的工作有没有错误。因此，近期的设计都更为保守。星际研究倡议组织（Initiative for Interstellar Studies）的 Olivia Borgue 和 Andreas M. Hein 提出了一种近期可行的探测器，其中约 70% 的质量可以在当地制造，而最先进的部分，如微芯片、太阳能电池和电路，则从家乡运来。换句话说，最早的真正自我复制探测器，很可能先学会复制自己的躯体，然后才能复制自己的大脑。

存储对 Page 的计划而言是最关键的部分。探测器存储着对自身的描述，并把这份描述复制到每一个新探测器中，这与活细胞处理 DNA 的方式如出一辙。如果探测器还存储着一个人的意识，它就会把这个意识连同其他一切一起复制。每个副本是否仍然是同一个人，是哲学家争论了数十年的问题，也是探测器之争与意识上传之争其实是同一场争论的原因之一。

这个构想始于 John von Neumann，他是 20 世纪最有影响力的数学家之一，也是现代计算的奠基人。20 世纪 40 年代，他着手回答一个听起来简单、实则不然的问题：机器能否制造自己的副本？如果能，最少需要什么？他的答案是一种他称为通用构造器的设计：这种机器能根据任何给定的描述制造出相应的东西，并配有复制这份描述的方式。把它自身的描述交给它，它就会造出一个自己的副本，再把描述复制到新机器里，而副本也能照做。

他是在没有计算机的情况下想出这一切的，并且在 1949 年于伊利诺伊大学的讲座中提出了目标：一台复杂度能够随时间增长的机器，就像生物在自然选择下那样。他的设计把机器与它自己的蓝图分开，再分别复制这两部分，而这正是细胞使用 DNA 的方式。令人惊叹的是，他得出这一答案时，James Watson 和 Francis Crick 还没有在 1953 年发现 DNA 的结构。诺贝尔奖得主 Sydney Brenner 后来认为，von Neumann 关于自我复制机器的研究，对生物学和计算机科学同样至关重要。

von Neumann 于 1957 年去世，未能完成这项工作。他的《Theory of Self-Reproducing Automata》由计算机科学家 Arthur Burks 完成，并于 1966 年出版。这一设计运行在元胞自动机中，也就是一个由简单单元构成、按固定规则改变状态的网格，而不是用金属实现的。直到 1995 年，Renato Nobili 和 Umberto Pesavento 才发表了他的自我复制机器的第一个完全可运行的版本，使用 32 种单元状态，而不是 von Neumann 最初的 29 种，距他最初描述它已过去近五十年（维基百科：冯·诺依曼通用构造器）。

纸面上有，而且这些设计比大多数人预想的更严肃。起点是 Project Daedalus，这是英国星际学会在 1973 年至 1978 年开展的一项研究，旨在设计一艘无人探测器，使其能在一个人的一生之内抵达另一颗恒星（维基百科：Project Daedalus）。在 Alan Bond 的带领下，团队提出了一种重 54,000 吨的两级核聚变火箭，其中大部分是燃料，可达到约 12% 的光速，经过约 50 年的旅程后飞掠距离 5.9 光年的巴纳德星。

1980 年，Robert Freitas 在《Journal of the British Interplanetary Society》上发表了《A Self-Reproducing Interstellar Probe》（Robert Freitas）。他的设计名为 REPRO，在 Daedalus 的基础上，加入了探测器自我复制所需的一切。抵达后，REPRO 将送出一座约 443 吨的种子工厂，用大约 500 年的时间把自己复制成一座大型自动化工业综合体。这座综合体随后将建造新的探测器，每艘上面都带有自己的种子工厂，并把它们送出去。这是第一份对自我复制航天器的定量工程分析。

同年，Francisco Valdes 和 Freitas 的一项配套研究，比较了会繁殖的探测器与不会繁殖的探测器。结论是，对于任何持续时间超过 10,000 年的探索计划，自我复制探测器都是首选方法。换句话说，最深入研究这个问题的人发现，如果您认真想探索一个星系，复制胜过发射。后来的研究者进一步完善了这一构想：Andreas Hein 和科幻作家 Stephen Baxter 描述了两种探测器，一种是为探索而造的哲学家探测器（Philosopher probe），另一种是为定居做准备的奠基者探测器（Founder probe）；物理学家 Freeman Dyson 则设想了一种他称为 Astrochicken（太空鸡）的小型自我复制飞行器，用来探索我们自己的太阳系，最远到冥王星。

科学家和作家描述过几种自我复制探测器，它们之间的差别很重要，因为每一种回答的都是关于我们希望探测器做什么的不同问题。

比几乎任何其他方法都快，即使飞船很慢。银河系宽约 100,000 光年，最近的恒星系半人马座阿尔法星（Alpha Centauri）距离约 4.37 光年。相比之下，传统航天器慢得无望：NASA 1977 年发射的旅行者 1 号（Voyager 1）速度约为每小时 61,000 公里，以这个速度，飞到比邻星（Proxima Centauri）需要 70,000 多年（Hello Entrepreneurs）。

自我复制改变了这道算术题，因为探测器在扩散的过程中不断增殖。覆盖整个星系的总时间，主要取决于相邻恒星之间的旅行时间，而不是恒星的数量，所以每一站都增殖的探测器群，探索星系大致只需以探测器自身速度穿越它的时间，再加上沿途制造副本所花的时间。据计算，平均巡航速度为光速十分之一的探测器，最快只需 50 万年就能遍布一个银河系大小的星系（维基百科：自我复制航天器）。地球大约有 45 亿年的历史，所以以星系的尺度来看，50 万年不过是一瞬。

一些研究者认为，就连这也太慢了。在 2013 年一篇题为《Eternity in Six Hours》的论文中，Anders Sandberg 和 Stuart Armstrong 提出，对于一个能在恒星之间旅行的文明来说，向整个可到达的宇宙发射自我复制探测器完全是力所能及的事。他们的方案是拆解水星取得原材料，并围绕太阳建造一群太阳能收集器，整个发射过程约 32 年即可完成。对于一个不会衰老的意识来说，数千年的旅程只需要耐心，而不是求生。

冯·诺依曼探测器正是在这里成为天文学中最著名的论证之一。1950 年，物理学家 Enrico Fermi 在午餐时提出了一个简单的问题：如果银河系古老而充满生命，那大家都在哪里？1975 年，天体物理学家 Michael Hart 提出，如果智慧文明很普遍，那么到现在至少会有一个已经殖民了银河系。1980 年，物理学家 Frank Tipler 在一篇题为《Extraterrestrial Intelligent Beings Do Not Exist》的论文中进一步强化了这一观点，他认为任何先进文明都会建造自我复制探测器，这些探测器早就遍布了银河系，而既然我们一艘也没见到，外面很可能没有别人。

Carl Sagan 和 William Newman 提出了反驳。他们认为 Tipler 实际上低估了这类探测器的增殖速度，快到最终会消耗掉银河系中的大部分物质。他们推断，任何明智的文明都绝不会建造它们，而且一旦发现就会将其摧毁。Freitas 本人则提出了不同的看法：双方设想的探测器，能力都远超任何现实的设计，而能力有限的探测器可能就在外面，却没有留下我们会注意到的任何迹象（维基百科：自我复制航天器）。

其他回答更加黯淡。一种是大过滤器，即经济学家 Robin Hanson 的观点：在建造这类探测器的道路上，有某一步极其艰难或极其危险，几乎没有文明能够幸存。另一种是狂战士假说，名称取自 Saberhagen 的小说：银河系之所以安静，是因为自我复制探测器毁灭了它们发现的所有文明。在 1983 年一篇名为《The Great Silence》的论文中，天文学家兼作家 David Brin 指出，这个严酷的答案与费米悖论的所有已知事实都吻合（维基百科：Berserker hypothesis）。这一争论从未有定论，所以每当人们谈论人类下一步将去向何方，冯·诺依曼探测器这个词就会出现。

会，而且这种危险与笼罩所有强大的自我复制技术的危险相同：复制停不下来会怎样。一艘无限增殖的探测器，会不断把银河系的物质变成更多的探测器。研究者提出了一些防护措施，比如让探测器通过无线电相互通信，一旦某个区域内的探测器数量达到设定值就停止复制，这与海弗利克极限（Hayflick limit）的思路类似，后者限制了正常人体细胞能分裂的次数。另一个方案是用一种探测器从未被设定去制造的燃料为其供能，这样它们就无法永远复制下去。

每一种防护措施都有同一个弱点：只要有一艘探测器的程序出了故障，就会开始无限复制，成为一种技术上的癌症，除非其他探测器能发现故障并将其制止。一些作家指出，这可能引发故障探测器与正常探测器之间的战争，战场横跨数千光年。科幻小说已经探讨这个主题数十年，而随着人工智能系统能够编写代码、设计硬件和运营工厂，这场争论看起来越来越现实。

这也是 Larry Page 与 Elon Musk 之争的根源。一台在整个银河系中复制自己的机器，是每家人工智能实验室如今都面临的那个问题的最极端版本：当一个系统比创造它的人更聪明、更快时，谁来掌控它？按 Musk 的说法，Page 愿意让数字意识来主导，Musk 则希望由人类继续掌控。这一分歧塑造人工智能行业已有十多年。

迄今为止，面向星空的最有雄心的真实项目是 Breakthrough Starshot。2016 年 4 月 12 日，投资人 Yuri Milner 投入 1 亿美元，计划向半人马座阿尔法星系发送微型探测器，Stephen Hawking 和 Mark Zuckerberg 担任董事会成员（TechCrunch）。计划是用强大的激光推动克级的探测器，借助光帆加速到 20% 的光速，快到足以在发射后约 20 年抵达半人马座阿尔法星。

Starshot 并不是自我复制的设计，而且已经陷入停滞：2025 年，Heise 报道称纳米飞船的工作已经终止（Heise）。但它表明，有雄厚资金愿意押注于在一个人的一生之内抵达另一颗恒星。把这一点与机器人、人工智能和自动化制造的进步放在一起看，Freitas 1980 年的图纸与一台可运行的机器之间的差距，看起来更像是一个工程问题，而不是幻想。

各个部分正在一件件到位。工厂一年比一年更自动化，人工智能系统如今可以规划并完成很长的一连串工作，航天机构正在研发利用月球和小行星上资源的办法。还没有人把这些部分组合成一台能在太空中自我复制的机器。但每个部分都是出于各自的理由在地球上被研制出来的，而把它们连起来，得到的就是冯·诺依曼探测器。

科幻小说抢先一步，并且塑造了科学家谈论这个构想的方式。Arthur C. Clarke 的短篇小说《The Sentinel》讲述一台留在月球上守望地球的外星机器，成为《2001: A Space Odyssey》的起点，而物理学家 Paul Davies 提出过这样的可能：一艘真正的探测器也许就停在我们自己的月球上。Fred Saberhagen 的《Berserker》系列小说发表于 1963 年至 2005 年，设想了远古冲突遗留下来的自我复制战争机器，并为费米悖论最黑暗的答案提供了名称。

在 1981 年出版的《2081: A Hopeful View of the Human Future》一书中，物理学家 Gerard K. O'Neill 设想了一个外星种族 Primans，用名为 Replicators 的自我复制探测器探索整个银河系，这些探测器在建造新探测器之前，会先检查邻近的恒星是否已经有探测器。David Brin 的短篇小说《Lungfish》设想不同物种发出的探测器像生态系统中的动物一样争夺原材料，Greg Bear 的《Anvil of Stars》则设想了专门追捕毁灭其他文明的文明的探测器。

与 Page 的计划最接近的是 Bobiverse，这是加拿大作家、前程序员 Dennis E. Taylor 的一系列小说。在第一部《We Are Legion (We Are Bob)》中，软件工程师 Bob Johansson 卖掉自己的公司，报名参加人体冷冻技术（cryonics），随后死于一场车祸。一个多世纪后，他醒来时已是上传到星际冯·诺依曼探测器中的意识，并在探索银河系的同时开始复制自己（SuperSummary）。这部有声书被 Audible 评为 2016 年最佳科幻有声书，系列的第六部于 2026 年 9 月以有声书形式发行（维基百科：Dennis E. Taylor）。一部关于程序员在太空中的喜剧小说，如今读起来像是对世界上最富有的人之一据称想做的事的概括。

这是 Page 计划中对我们最重要的部分。据 Suleyman 所述，Page 说到本世纪末，他将“身处冯·诺依曼探测器的最前端，探索星系”。人的身体无法熬过数千年的旅程，所以身处探测器的最前端，意味着 Page 本人，或者他意识的数字版本，将运行在探测器上。Suleyman 称之为 Page 的转变，他和 Isaacson 都认为，这意味着从人类物种迈入继任物种（The Builders (iHeart)）。

这需要意识上传，而意识上传的进展比大多数人意识到的更快。2024 年，科学家发表了第一张完整的成年果蝇大脑接线图，包含近 140,000 个神经元（NIH），而根据这张图建立的计算机模型预测了真实果蝇如何品尝和进食（Nature）。同一年，Harvard 和 Google 绘制了一立方毫米的人脑，2025 年，一个由 150 多位研究者组成的团队发表了迄今最大的接线图，即一立方毫米的小鼠大脑，包含 5 亿多个连接（Allen Institute）。整个人脑约有 860 亿个神经元，所以差距依然很大，但它每年都在更快地缩小。

运行在探测器上的意识，还会面临前所未有的难题。它需要在数千年的旅程和无数的副本中保持自我，还需要防止被他人编辑，包括它自己的其他副本。这些正是我们今天在小得多的规模上处理的同一类问题：一个人的数字版本如何忠于这个人，以及由谁来控制。我们的数字永生与意识上传竞赛指南完整列出了相关证据，而我们的看法是，上传意识只是早晚的问题，而不是能不能的问题。

因为构建人工智能的人开始公开说出他们打算用它做什么。Suleyman 的故事来自 2015 年在 SpaceX 的一次午餐，那是 Google 收购 DeepMind 后设立的首届伦理与安全委员会会议。据 Suleyman 讲述，Page 起初对他心存戒备，认为他是那种把人类放在首位的物种歧视者（speciesist），随后便讲了自己的计划。Musk 和 Page 多年来一直在争论的正是这件事：Musk 说过，Page 因为他偏袒人类、而非可能接替人类的数字意识，称他为物种歧视者；2026 年 4 月，Musk 在起诉 OpenAI 的案件中对陪审团说，OpenAI 的出现正是因为那句侮辱（Fortune）。陪审团于 2026 年 5 月 18 日作出了不利于 Musk 的裁决，认定他的诉求提起得太晚（NPR）。

2026 年 10 月，Musk 听起来更接近 Page 了。在 2026 年 10 月 20 日发布的 Isaacson 播客第一期中，Musk 说有那么几次他觉得 Page 可能是对的，并且说，虽然他大概更希望由人类继续掌控人工智能，但这要看这个人工智能是什么样的（AI Weekly）。随后，在 2026 年 10 月 29 日于 X 上回复时，他说，到 2100 年用冯·诺依曼探测器探索星系，对文明而言将是一个很好的结果，而且 Page 曾正确预测了许多事情，也许是对的（Elon Musk 在 X 上的帖子）。当 Google 和 SpaceX 的创始人都认为自我复制探测器可能在本世纪内探索银河系时，这个构想就已经从科幻小说，走进了地球上最富有的人的计划之中。

关系比看上去的更大。Page 的计划建立在与每一种数字永生相同的假设之上：决定一个人之所以是他自己的东西，可以被捕捉下来，并运行在他出生时的身体之外的地方。探测器是这个想法最极端的版本。日常版本如今已经可以实现，它始于一份关于您的记录，由您在世时亲自建立。

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本页是我们系列内容的一部分，该系列关注那些竞相超越肉身寿命的人，以及背后的科学。

• 数字永生：Larry Page 与上传意识的竞赛：这一切的起点，以及我们离复制一个意识还有多远。

• 为什么 Larry Page 称 Elon Musk 是物种歧视者：Musk 说这场争论促成了 OpenAI。

• Larry Page 对人工智能与永生的看法：他本人的话，以及他人的叙述所留下的记录。

• 2026 年的意识上传：我们离实现还有多远？：科学距离复制一个人类大脑还有多近。

• 什么是连接组（connectome）？迄今已绘制的所有大脑：大脑的接线图，以及迄今已绘制的所有大脑。

• 试图永生的亿万富翁：谁在长寿和数字永生上投入了多少。

• 如何永生：人们正在尝试的所有方法：从医学到意识上传的所有途径。

• 2026 年的人体冷冻技术：费用、原理和已报名的人：费用多少、如何运作，以及有哪些人已经报名。

Larry Page 的计划来自 Mustafa Suleyman 在 Walter Isaacson 播客《The Builders》中的讲述，该节目于 2026 年 10 月 12 日在 92nd Street Y 录制，并于 2026 年 10 月 29 日发布；我们阅读了 iHeart 上的节目文字稿，并与 Hello Entrepreneurs 的转录稿做了核对。Musk 的回复见 X，他在播客中的言论来自 AI Weekly，关于 Page 与 Musk 的背景来自 Fortune 和 NPR。

这一构想的历史来自 von Neumann 的通用构造器、自我复制航天器、Project Daedalus、狂战士假说，以及 Robert Freitas 本人保存的 1980 年 REPRO 论文。Breakthrough Starshot 的信息来自 TechCrunch 和 Heise，Bobiverse 来自 SuperSummary 和 维基百科，大脑图谱的数据则来自 NIH、Nature 和 Allen Institute。我们已于 2026 年 10 月 30 日核对了每一个来源。

Larry Page、Mustafa Suleyman、Walter Isaacson 和 Elon Musk 与 Afterlife.ai™ 没有任何关系，本页中也没有任何内容表明他们当中有人使用或认可我们的服务。