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今天的主题是自我复制机器，尤其是冯·诺依曼探测器和巴祖卡探测器，我们将探讨自我复制机器的基本概念以及关于它们的一些误解，之后再来讨论这两种特定类型的机器还有其他几种类型。首先，有三件关于自我复制机器的事我们需要一开始就弄清楚：第一，自我复制机器不一定体型微小；第二，可以说我们现在就有能力制造出一台；第三，自我复制机器未必只是机械装置，它们也可以是有生命的。在科幻作品中，自我复制机器通常被设定为体型微小的纳米机器人，但它们其实完全没必要如此，纳米机器人也并非必须具备自我复制的能力。这类机器在作品中也往往被描绘成单一类型，可实际上，你完全能打造出由多种不同类型、不同尺寸组成的机器集群。通常来说，如果需要更大的机器，人们会让这些小机器拼接在一起组成大的，但这其实并非一种合理的做法。比如，如果我们需要金属来制造更多的微型机器人，一种常见的设定是让这些机器人从原材料中逐个剥离金属原子，但这种做法其实有点荒谬；另一种做法是让它们组合成传统的熔炉来冶炼金属，这同样十分荒唐，尤其是考虑到熔炉本身就是用要冶炼的这种金属制造的，这么做连熔炉本身都会被熔掉。其实更合理的做法是让这些机器人直接建造一座熔炉。这就打破了关于“灰色粘质”的经典概念，所谓灰色粘质，就是指一群像粘质一样的机器人吞噬整个星球。这个概念最初源于约翰·冯·诺依曼提出的通用组装器，也叫构造器，德雷克斯勒在此基础上进一步提出了分子组装器的概念，几乎所有纳米机器的相关构想都源于此。但自我复制机器的概念远比这更早，至少可以追溯到笛卡尔的时代，据说笛卡尔曾对瑞典女王克里斯蒂娜说，人体就是一台机器，而本身也是饱学之士的女王指着一座钟表，让他让这台钟表实现自我复制。
达尔文的理论开始传播后不久，塞缪尔·巴特勒就开始思索自我复制机器发生变异、进化出意识的可能性。所以这个概念的历史远比人们通常认为的要悠久，而且最初的构想也并非聚焦于微型机器。
来说第二点，我们现在或许就有能力制造出自我复制机器，这里体型的概念就很重要了。如果有一座自动化工厂四处移动，挖掘岩石并制造出全新的、设备齐全的工厂，那这就是一台自我复制机器。一台能够打印出自身的3D打印机，同样是自我复制机器。这类机器并非必须能自行制造生产原料，毕竟我们人类本身就是自我复制的“机器”，我们的细胞不仅无法直接将物质转化为食物，实际上还依赖许多相互依存但又独立存在的生命体来维持我们的生命活动。我们不只是以其他生物为食，肠道里还生活着大量的微生物，帮助我们消化食物。我们身体的每个细胞中甚至都有线粒体，它们依靠自身的遗传密码进行自我复制，这些“搭便车者”已经与我们共生了数亿年，形成了真正的共生关系，尽管我们的脱氧核糖核酸中并不包含编码它们的基因。所以，举例来说，一座能够自我复制的巨型工厂，即便其内部存在其他它所依赖、但自身无法制造的自我复制机器，它依然属于自我复制机器。
既然我们将其与生物体进行对比，那就来探讨一下“自我复制机器是有生命的”这一说法。目前对于“生命”还没有一个公认的定义，但人们通常会将摄取营养、生长、排泄、繁殖以及适应和与环境互动的能力纳入生命的特征。之所以很难为生命下一个明确的定义，是因为理论上，几乎去掉上述任何一个特征，依然能合理地将某个事物称为生命，但这一点在我们讨论创造和改造生命时，是一个重要的限定条件。我从未见过一个能涵盖所有常见生命形式，同时又将自我复制机器排除在外的生命定义，当然，这个定义可能会排除部分类型的自我复制机器。我这里说的并非那种模糊的说法，比如我们会说火焰是“活的”，晶体是“活的”，这并非文字游戏。我们想象中的典型自我复制机器，会具备一定的摄取营养的能力，当然也有繁殖能力，还会有类似脱氧核糖核酸的物质作为繁殖的蓝图。
这类机器并非必须具备生长或自我修复的能力，只要它能在自身通常出现损坏的时间之前，制造出另一台完整的成熟复制品就行。
生物体并不会通过这种直接制造出独立且成熟个体的方式繁殖，它们会先生长，然后分裂成两个个体，或者先产生小型的自身复制品，再由这些复制品发育成熟。
自我复制机器也可以被设计成这样的繁殖方式，但它还有第三种选择，那就是直接制造出成熟的个体。
不过，自我复制机器需要一份制造蓝图，这一点和任何生物体都一样。我不想创造新的术语，也不想简单称之为“机器脱氧核糖核酸”，我就直接称其为脱氧核糖核酸，尽管在大多数情况下，它几乎肯定不是真正的脱氧核糖核酸，但在某些情况下，它可以是。毕竟，制造出能自我复制的微型机器的一个捷径，就是改造现有细胞或病毒的脱氧核糖核酸或核糖核酸，让它们执行特定的任务。转基因生物就是自我复制机器的一个例子，而且这也是我们如今已经实现的技术。
这就引出了一个问题：我们制造这些机器的用途是什么？它们的任务或使命是什么？显然，除了自我复制，它们并非必须承担其他任务，但机器的制造本身就是带有目的性的。这类设备的用途多种多样，但主要有两大方向：一是用于地球之外的太空领域，二是用于人体或其他复杂设备内部。这是因为它们最吸引人的特质，就是能够进行自我修复，比如帮助人类从伤病中恢复，或者修复设备，这样我们就不用把设备扔掉或送去维修。这一点对于太空探测器来说尤为实用，因为这意味着我们可以发射一枚速度相对较慢的探测器，即便它要历经数千年才能抵达目标太阳系，我们也能期待它抵达时依然能正常运作。
在继续深入探讨之前，我想先破除一个常见的误区：自我复制机器必然会发生变异。我们人类会变异，其他生物会变异，当然，一群微型机器人也可能发生变异，但它们并非注定如此，即便是在漫长的天文时间尺度下也是如此。对于从最简单的生物体（据推测这些生物体最初是自行组装形成的）进化为更复杂的生物体来说，变异是绝对必要的，但如果是为了特定目的制造机器，变异就并非是理想的特征。我可不希望我发射前往仙女座星系的探测器，在历经数百万年的航行后发生变异。如果我把一本书交给一个人，让他一字不差地抄写，我们知道他肯定做不到，他会出一些差错。如果他把抄错的版本再交给另一个人，那个人大概率会把这些错误也抄下来，还会再添一些新的错误，如此反复，最后抄出来的版本会和原版毫无相似之处，这就是变异。
如果这是我复制和保存信息的唯一方式，比如我是一位老国王，想确保抄写员能准确保存我的回忆录，我可以下令让三位不同的抄写员各抄一份。这样一来，即便原版被毁，他们也能逐字对比这三份抄本，要是发现其中一份的某个字和另外两份不同，他们就知道大概率另外两份是正确的，进而修正错误。
当然，也有可能那两位抄写员犯了同一个错误，或者三份抄本的某个地方都不一致，但这两种情况发生的概率都更低。不过，即便概率低，这些情况依然有可能发生，而且如果有上百万行的代码，经过上百万次的复制，就经常会出现两处相同的错误，或者某个地方三份抄本都不一致的情况。
如果增加到四份抄本，这种概率会进一步降低；增加到五份、六份，概率会更低，而且我们可以一直增加抄本数量，直到这种错误发生的概率变得极低，即便在整个宇宙的寿命周期内，这种错误发生一次的可能性都微乎其微。
所以，举例来说，我可以设定这样的机制：要制造一台新的机器，需要多台机器协同合作，就像有性繁殖一样，只不过参与的数量更多。比如，让20台机器汇聚成一个二十面体——一种有12个面、20个顶点的正多面体，每台机器位于一个顶点，在中间制造新的机器。在添加每一个新部件之前，它们会进行核对并达成一致。如果20台机器都对蓝图的某一部分达成一致，那就一切顺利；如果没有达成一致，那么持有正确信息的机器数量少于半数的概率低得离谱。我们之前也曾探讨过这种极低概率的事件，但人类的大脑并不擅长理解这类概率问题，我敢肯定现在有些人会想：“话虽如此，但只要有概率，就总会发生。”
从技术上来说，这话没错，但当概率低到极致时，就变得毫无意义了——低到即便把宇宙中的每一个原子都变成这样的机器，我们一直等到所有恒星都燃尽，这种情况也未必会发生。
因此，我可以设定每台机器每年都需要和另外19台同伴进行一次数据核对，要是找不到这19台同伴，就自行关机。我们还可以设定各种各样不同“种类”的机器，以及应对意外情况的不同协议，你当然也可以脑补出各种离奇的情况，但这并非重点。你可能希望你的机器人发生变异，也可能不希望，但如果你想让机器人前往某个地方，并且确信它们在抵达前不会发生变异，这是能够实现的。
这是人们对冯·诺依曼探测器提出的异议之一，所以我想在深入探讨之前先把这一点讲清楚。
约翰·冯·诺依曼提出了通用组装器的构想，这类机器也常被称为冯·诺依曼机器，也是“灰色粘质”概念的源头，这一构想催生了五种将其应用于深空探索的主要概念。其中一种是基础版本，我就直接称其为冯·诺依曼探测器，尽管其他四种也属于这一范畴。这五类分别是：第一，冯·诺依曼探测器；第二，布雷斯韦尔探测器；第三，地球化改造集群；第四，巴祖卡探测器集群；第五，灰色粘质集群。
基础的冯·诺依曼探测器，就是一款能够在星际间航行的探测器，它可以依靠微型机器人进行自我维护，还能在途经的星球停靠，进行维修、补充燃料，并自我复制出更多探测器，前往更多地方探索。
但在实际应用中，如果探测器能以这种方式自我修复，那么从太阳系发射所有探测器会是更好的选择。即便每个探测器的预算重达100吨，约为哈勃太空望远镜质量的10倍，我们也依然能利用一颗中等大小小行星的可用质量，制造出一万亿个这样的探测器，这个数量甚至超过了银河系中恒星的数量。
这些探测器都可以从太阳系出发，奔赴各个目标，而且会比发射少数几枚探测器更快抵达目的地——那些少数的探测器需要在最近的恒星处减速，制造更多探测器，新的探测器再减速，再制造更多，如此循环往复。
更好的做法是，利用这种自动化生产能力，让一枚小型探测器抵达目标后，捕获一颗小行星，将其改造成一个更大的发射站，这个发射站还能作为中继站，传递来自更远探测器的信息。
第二种是布雷斯韦尔探测器，你大概率在电影《2001太空漫游》中见过这类探测器的原型，影片中的黑色巨石就是布雷斯韦尔探测器。
布雷斯韦尔探测器的设计目的是与其他生命形式进行交流，因此它的体型需要小得多，且具备更强的适应性。
最简单的布雷斯韦尔探测器，能够进行自我修复，还能识别出有较大可能存在生命的行星，然后在附近降落，持续发射重复的无线电信号，内容包括如何与我们取得联系，以及关于我们的一些基本信息，就像一个巨大的霓虹灯牌，上面写着“你好，这是我们的联系方式”，还附带一份帮助对方理解我们语言的“罗塞塔石碑”。
这类探测器通常被设定为拥有人类水平甚至更高的智能，具备真正的思考和决策能力。
从技术上来说，布雷斯韦尔探测器并非必须是冯·诺依曼机器，但考虑到星际旅行的时间跨度，以及它抵达目标后可能需要等待的漫长时间，除非探测器本身是自我复制机器，或者能利用自我复制机器进行修复，否则你需要将其部件制造得极其坚固，才能指望它在如此漫长的时间里保持完好。
同样，从太阳系发射所有布雷斯韦尔探测器，让它们在抵达目标后自行组装成型，可能是更有利的做法。
这样做的好处是，探测器可以在一颗小行星上搭建基地，发射卫星进行监测，甚至派出地面探测器收集数据、尝试与外星生命接触，而不是一直待在原地广播信号。
如果它能在当地进行制造，且拥有人类水平的智能，它就能收集足够的信息，然后派出外形与假想中原始、低等的外星种族相似的人形机器人进行交流。
比如，数百年前如果有外星文明对地球采取这种做法，可能会先进行卫星监测，然后派出隐形的空中无人机，再派出小型的人形机器人或机器鼠近距离观察，学习人类的语言和习俗，之后再派出人形机器人，询问那些仅通过观察无法得到答案的问题，或者向人类传递信息。
显然，这种做法也可能踏入伦理的灰色地带，比如试图教导人类，或者假扮神明。
顺带一提，这两种探测器的设计思路，也完全适用于建造载人宇宙飞船。我们可以利用自我复制机器，协助建造和维护供人类乘坐的更大规模宇宙飞船，但前提是，我们始终能以更低的成本、更快的速度制造出这些自动化的探测器——无论是建造时间，还是它们在太空中的航行速度，都更具优势。
地球化改造集群，本质上就是先发射冯·诺依曼探测器，为人类定居寻找合适的星球，这些探测器要么自身具备地球化改造的能力，要么后续会有具备该能力的探测器跟进，之后再派出人类前往。
探测器抵达目标后，会不断自我复制、扩大规模，从而对一颗行星进行地球化改造，甚至将整个太阳系改造成适合人类居住的栖息地，这一点我们在之前讨论戴森球时也曾提到过。
这也是一个存在道德争议的概念，因为如果地球化改造探测器中没有搭载智能系统，它可能会毫无顾忌地对一颗已有生命居住的行星进行改造，将当地的动植物全部拆解，这种做法看起来极其可怕，即便这些行星上没有智慧生命也是如此。
另一方面，有些人可能会觉得，如果一颗行星上只有变形虫这类简单生命，对其进行地球化改造是没问题的。
人们对此的看法各不相同：有人认为只有当行星上存在智慧生命时，这种做法才是错误的；也有人认为，即便一颗行星未来有较大可能诞生生命，对其进行改造也是错误的。
当然，还有些人认为，即便行星上有智慧生命，这么做也无妨。
巴祖卡探测器，通常被认为是某个文明在持有上述最后一种观点，或是犯下严重错误时才会制造的机器。这个名字来源于弗雷德·萨伯哈根的一系列小说，小说中，这种机器人飞船或探测器在银河系中探索，寻找新的生命形式并将其消灭。
小说中的这些机器本身并非独立的冯·诺依曼机器，但它们作为一个整体，具备自我复制的能力。
巴祖卡探测器本质上就是一台恶意的布雷斯韦尔探测器：布雷斯韦尔探测器的使命是寻找新的生命并与之接触，而巴祖卡探测器的使命则是寻找新的生命并将其消灭。
我们要讲的最后一种是灰色粘质，它的唯一目的就是吞噬一切。灰色粘质有时也被称为霸权集群，这个说法据说起源于阿瑟·C·克拉克和伊恩·M·班克斯。
灰色粘质并非必须是机器人或微型机器，为了更准确，我会用“霸权集群”这个说法。
它可以是经典设定中的灰色粘质——自我复制机器在宇宙中肆意穿梭，在恒星系停靠，将所有物质都转化为更多的自身；但它也可以是《星际迷航》中的博格人，或是某个陷入疯狂的机器智能，它认定需要将整个宇宙都变成曲别针。
阿拉斯泰尔·雷诺兹在他的书中也描绘过一种类似的存在，它最初是一个地球化改造集群，因设计缺陷失控，在宇宙中横冲直撞，将恒星周围所有适合建造栖息地的区域都改造成了戴森集群——这些戴森集群实际上早已被各种设施填满，而它还会驾驶飞船攻击已有人类定居的行星，将这些行星也纳入栖息地的范围。
这也是我花时间探讨变异问题的原因之一，因为人们通常认为，任何自我复制探测器，只要经过足够长的时间发生变异，最终都会变成巴祖卡探测器、灰色粘质或是霸权集群。
一旦真正的变异发生，尤其是在非智能的机器身上，我们有理由认为，它们会开始朝着严格的达尔文式目标进化，也就是生存和复制。
由此人们便会认为，倘若让这些冯·诺依曼机器在银河系中无人监管地自由活动漫长的时间，大多数原本友好、有益的类型，最终都会变得邪恶。
因此，有必要记住，我们有多种方法可以防止变异的发生。但还有一点常被忽视：变异并非将一个事物从A状态变成B状态，而是会让它从A状态演化出无数种可能，就像从一个字母发展成一整个字母表，再到一座图书馆，只要时间足够。
我们现在之所以能坐在这里，而我们数十亿代以前的祖先只是变形虫，原因就在于此；而现在地球上依然存在大量微小、简单的微生物，原因也在于此。
所以，一台失控并发生变异的自我复制机器，最终大概率会在太阳系层面形成一个完整的生态系统。
你会看到这个生态系统的食物链底端，很可能是数万亿计围绕恒星活动、吸收恒星光线的自我复制机器；
然后是以这些机器为食的其他机器，而这些机器又会成为更高级机器的食物；
食物链的顶端，大概率还会有以其他机器为食的掠食性机器；
还有一些机器会在柯伊伯带活动，捕捉从更遥远宇宙空间飞来的彗星和小型小行星。
这些事物并非机器生命的例子，它们就是生命本身，在这一点上，再做其他解读都是荒谬的。
而且我们要记住，地球生命的起源也是如此——我们的星球也曾被最原始的生命形式以“灰色粘质”的方式占据，而且这种情况可能还发生过不止一次。
我有时会觉得一个想法很有趣：智慧生命其实是灰色粘质为了孕育出能脱离大气层、走出太阳系的新一代灰色粘质而产生的一种进化适应，毕竟经典的进化过程本身，并不容易实现这样的跨越。
好了，关于自我复制机器和纳米机器，我再做一些最后的说明。
我已经提到过，变异并非这些机器必然具备的特征，但既然我们提到了人类本质上是从“灰色粘质”进化而来的，就需要破除另一个误解：认为成群的微型机器人能在几天内就拆解掉整个星球。
微型机器人也同样存在速度限制。为了方便理解，我们可以参考细菌的繁殖速度，细菌的繁殖速度相对我们人类来说非常快，通常每小时就能数量翻倍。
理论上来说，从一个细菌开始，第二天就能繁殖出一百万，第三天是一万亿，第四天更是能达到一千万亿。
但在实际情况中，指数级增长往往会受到其他因素的制约。
不过，繁殖和生长速度更快、对食物来源的适应能力更强，显然具备明显的进化优势。
即便如此，细菌也不会每秒就分裂一次，即便是速度最快的病毒——如果病毒也算生物体的话，它们是极其简单的生物——也达不到这样的速度。
复杂性是有代价的，组装复杂的事物需要花费更多时间。
我们当然可以设计出比生物繁殖速度更快的机器，但它的繁殖速度不太可能比同尺寸的生物体快上好几个数量级。
我们还要记住，化学反应和建造过程会产生大量的热量。
这就是为什么面团、堆肥以及其他细菌大量繁殖的物质，温度会升高的原因。
机器的复制速度有一个上限，一旦超过这个上限，产生的热量会过高，直接摧毁进行复制的机器。
而且当环境温度很高时，分子的运动速度会变得非常快，此时想要精准地抓取并放置分子来建造物体，难度会大幅增加，这些高速运动的分子还会不断撞击正在建造的物体。
我们往往会忽略，在分子层面，高温就意味着物质的高速运动，在这样的高温环境下进行分子级别的建造，就像在冰雹中搭帐篷一样困难。
热量是许多过程的一大瓶颈。
你还需要记住，微小的物体本身就非常脆弱，而且每增加一个部件，就需要更多的材料、更多的建造时间，整个过程的速度也会随之变慢。
你的微型机器人要如何获取能量？太阳能？只有在晴天时，表层的机器人能利用太阳能，而且太阳能板的厚度有一个下限，太薄的话会极其脆弱。
在这么小的尺寸下，根本不可能制造出核能装置，无论是核聚变还是核裂变，这是由物理规律决定的。
这就只剩下电池供电这一种选择了，而依靠电池供电的机器人需要前往特定地点充电，电池也会让机器人的体型变得十分臃肿；
另一种选择是从拆解的物质中获取现成的燃料，这种方式对于医用纳米技术来说非常合适，我们可以设计出依靠人体自身能量供能的医用纳米机器人，但想要制造出能利用各种化学燃料的微型机器人，几乎是不可能的。
你几乎必须为它配备不同的发动机，以适应不同的燃料来源，比如在一个地方用氧气和甲烷，在另一个地方用太阳能，在人体里用糖分等等。
这会增加机器的复杂性，让体型变得更臃肿，也会延长复制的时间。
想要为机器人增加防电磁脉冲的防护层，就要添加防护材料，同样会让体型更臃肿、复制时间更长，还会因为机器人需要消耗更多能量来移动更重的身体，且更多的质量被用在防护上，而非移动和组装、拆解工作，导致它完成其他任务的速度也变慢。
想要让机器人体型更小，就需要更多的材料、更多的能量，复制速度也会更慢。
尽管这些机器的复制速度可能会比生物快不少，但不太可能达到超高速的水平。
人们向来难以理解尺度的概念，很多人认为典型的生物细胞，是由原子和分子像乐高积木一样搭建而成的。
但实际上，细胞并非由十几个、几百个或几千个原子分子组成，而是由数万亿个组成。
如果把原子或小分子看作搭建细胞的积木，不要把细胞想象成一栋由几千块积木建成的房子，而要想象成一座大型都市，甚至一整个星球——这就是大多数细胞相对于原子和最简单分子的尺度。
即便是典型的病毒，通常也由数十万个原子分子组成，更像是一栋摩天大楼，而非一座房子。
用这个原子等于积木的类比来看，人类、小狗这类普通的哺乳动物，就相当于一个星系。
所以，没错，我们能够制造出比细菌小得多的机器，这些机器可能会非常坚固、适应性强、设计精巧，且繁殖速度快，但我们不能想当然地认为，它们是无敌的灰色粘质集群，能像潮水一样席卷整个星球，或是拥有超能力。
我们还要记住：这些机器可以有各种尺寸，小到和病毒相当，大到比人类还大。
那么，我们什么时候能拥有这样的机器呢？我猜测很快就可以，而且再说一次，我们可以说现在已经拥有了。这是一个重要的研究领域，无论是用于工厂的自动化建造，还是太空领域的应用，自动化建造技术都非常实用，而且在微观层面，这项技术已经得到了广泛应用。
自我复制机器在医学领域的应用前景巨大，在生活便利方面也同样如此——如果有一群专门的微型机器人围绕着我们的家电，随时进行维修，那会非常方便，尤其是这样一来，我们可以把家电做得更小，因为它们无需具备足够的耐用性来承受轻微损坏，这些损坏可以由机器人及时修复。
在这方面，你有两种选择：不一定非要让这些机器具备自我复制能力，你可以制造出无自我复制能力的机器，在工厂进行批量生产，然后购买一小瓶有使用期限的非复制型微型机器人。
工厂里体型稍大一点的机器，可以持续制造出数百万个微型机器人，这种方式更有利，因为通过让机器更专业化，去掉所有用于复制的额外部件，我们能节省大量的材料和能量，还可以设置一些体型稍大的控制机器人，向微型机器人下达指令。
这些机器最终可能更像是由不同种类纳米机器人组成的混合体系。
当然，你也可以选择让机器具备自我复制能力，只是将复制过程放在上一个层级，由细菌大小的移动工厂根据需要制造微型机器人，这些移动工厂还能接收更新，并向微型机器人推送更新。
这类机器的潜在用途数不胜数，它会是一项具有颠覆性的技术，我想我们大多数人都能在有生之年见到它的实现。但它也并非万能的魔法棒，也不是能立刻带来世界末日的装置。
它在医学领域的价值不可估量，有可能让我们实现生物层面的永生；而它在太空探索和殖民领域的价值，也同样巨大。