Obrazki futurologiczne / Część 4 – Szara Maź
Szara maz (z ang. grey goo) to hipotetyczny scenariusz konca swiata, w ktorym samoreplikujace sie, dzialajace autonomicznie nanoroboty zuzyja cala materie planety (lub tylko pewne specyficzne rodzaje materii ziemskiej jak np. wegiel) by wytworzyc swoje nowe kopie. Makroskopowy wyglad duzego roju nanorobotow przypominalby prawdopodobnie pelzajaca lub latajaca szara maz stad nazwa. Kataklizm moglby byc spowodowany umyslnie (atak terrorystyczny, inwazja obcych) lub byc dzielem przypadku czy bledu (mutacja kolejnego pokolenia nanomaszyn, blad w oprogramowaniu).
W ksiazce “Engines of Creation” wydanej w 1986 r. E. Drexler, pionier nanotechnologii, rozwaza zagrozenia zwiazane z ta nowa dziedzina wiedzy – tak narodzila sie koncepcja grey goo. Jest to motyw, ktory pod roznymi postaciami czesto pojawial sie w ksiazkach lub filmach science fiction. Najnowszy przyklad to remake filmu “The Day the Earth Stood Still” z zeszlego roku. Metaliczne nano-insekty z ktorych zbudowany byl GORT rozmnazaly sie gwaltownie, pozerajac kazda strukture stworzona przez czlowieka, a takze i samych ludzi. Inny ciekawy przyklad to ksiazka amerykanskiego autora pt. “Bloom”. Akcja tej powiesci dzieje sie w dalekiej przyszlosci a wszystkie planety wewnetrznego ukladu slonecznego zostaly “skonsumowane” przez samoreplikujace sie roboty.
Rozwoj nanotechnologii moze sprawic, ze scenariusz grey goo stanie sie prawdopodobny. Dlatego warto by sie blizej przyjzec tej wizji. Czy jest mozliwa do spelnienia ? Jakie sa fizyczne ograniczenia ekofagii (bardziej profesjonalna nazwa grey goo, z ang. ecophagy) ? Jak mozemy sie bronic, gdy juz dojdzie do wypuszczenia do srodowiska autonomicznych samoreplikujacych sie nanorobotow ?
“Plants” with “leaves” no more efficient than today’s solar cells could out-complete real plants, crowding the biosphere with an inedible foliage. Tough omnivorous “bacteria” could out-complete real bacteria -they could spread like blowing pollen, replicate swiftly, and reduce the biosphere to dust in a matter of days. Dangerous replicators could easy be too tough, small, and rapidly spreading to stop – at least if we make no preparation. We have trouble enough controlling viruses and fruit flies.
Among the cognoscenti of nanotechnology, this threat has become known as the “grey goo problem”. Though masses of uncontrolled replicators need not be gray or gooey, the term “grey goo” emphasizes that replicators able to obliterate life might be less inspiring than a single species of crabgrass. They might be superior in an evolutionary sense, but this need not make them valuable.
The gray goo threat makes one thing perfectly clear – we cannot afford certain kinds of accidents with replicating assemblers.
Gray goo would surely be a depressing ending to our human adventure on Earth, far worse than mere fire or ice, and one that could stem from a simple labolatory accident.
E. Drexler – Engines of Creation
Budulec
Istnieja dwie mozliwosci – albo nanoroboty beda mogly wykorzystywac do rozmnazania jakikolwiek rodzaj materii (jakikolwiek pierwiastek lub grupe zwiazkow chemicznych) lub nawet czysta energie albo beda mogly wykorzystac tylko i wylacznie scisle okreslone rodzaje materii lub jeden konkretny (jeden pierwiastek np. wegiel). Ta druga mozliwosc zdaje sie byc bardziej prawdopodobna. Nanoroboty musza “zywic sie” tym rodzajem materii z ktorej sa zbudowane, inaczej musialyby miec w sobie pewien rodzaj “nanofabryki” zeby przetwarzac “zywnosc” na ten rodzaj materii z ktorego sa zbudowane – tak samo jak ludzka watroba potrafi przetwarzac bialka, tluszcze i cukry. To komplikowaloby ich budowe wiec dla uproszczenia przyjmijmy, ze nanoroboty sa zaprogramowane aby wykorzystywac pewien konkretny rodzaj materii.
Wizjonerzy nanotechnologii przewiduja, ze nanoroboty beda zbudowane glownie z kilku szczegolnych rodzajow materii – diamentopodobnych struktur weglowych, zwiazkow glinu, boru lub tytanu. Rodzaj budulca determinuje zagrozenia z jakimi przyjdzie zetknac sie ludzkosci gdyby scenariusz grey goo mial dojsc do skutku. Atomy glinu, baru czy tytanu sa spotykane o wiele czesciej w skorupie ziemskiej (kolejno 81300 ppm, 4400 ppm i 3 ppm) niz w biomasie (0,1 ppm, 0 ppm, 0,03 ppm). Z kolei zwiazki wegla spotykamy znacznie czesciej w biosferze (do ktorej nalezy ludzkosc – 230000 ppm) niz w materii skalnej (320 ppm). Co z tego wynika ? Otoz, gdybysmy zbudowali nanoroboty z glinu to potem gdyby te roboty wymknely sie spod kontroli zuzywalyby do powielania sie glownie substancje nieozywione zawarte w skorupie ziemskiej (tam jest najwiecej glinu). Taka sytuacja bylaby i tak tragiczna w skutkach dla rasy ludzkiej ale przynajmniej nie byloby to bezposrednie zagrozenie dla nas.
Okazuje sie jednak, ze najlepszym materialem do budowy samoreplikujacych sie nanorobotow bylby wegiel. Grey goo do rozmnazania sie potrzebowalby rowniez energii. Skaly tej energii nie daja. Zakladajac srednia gestosc skorupy ziemskiej na poziomie 5522 kg/m3, ilosc energii, ktora moznaby uzyskac z takiej objetosci skal rowna sie 0,28 – 2,6 * 10^-7 wata (to zalozenie wysuniete jest z faktu, ze srednia zawartosc pierwiastkow radioaktywnych zawartych w materii skalnej jest powodem 0,15 – 1,40 mGy rocznie). Taka ilosc energii jest za mala zeby zasilic wzrastajaca wykladniczo armie nanorobotow. Sprawa wyglada inaczej gdy wezmiemy pod uwage materie organiczna zbudowana w 23 % wagowych z wegla. Taka materia jest zarowno zrodlem materii jak i energii, dlatego tez wielce prawdopodobne jest, ze przyszle nanoroboty beda zbudowane z substancji weglowych.
Takie rozumowanie niesie ze soba duze konsekwencje dla gatunku ludzkiego. Gdyby oparty na weglu szczep nanorobotow stalby sie autonomiczny i zaczalby sie replikowac w niekontrolowany sposob cala biosfera zostalaby w ciagu kilkunastu dni zniszczona. Zaglada naszego gatunku bylaby oczywista.
Replikacja
Przy dostatecznej ilosci energii i materii nanoroboty mnozylyby sie w postepie wykladniczym (exponential growth). Wlasnie to zjawisko powoduje, ze scenariusz grey goo niesie ze soba grozbe unicestwienia naszego gatunku.
Zakladajac, ze nanoroboty beda optymalnie zaprojektowane i zaprogramowane oraz ich dyspersja w srodowisku (rozklad geograficzny na kuli ziemskiej) bedzie rownomierny a takze pomijajac pewne ograniczenia o ktorych napisze pozniej wykladniczo rozmnazajacy sie roj tych maszyn moze zamienic cala biomase planety w swoje wlasne kopie w ciagu okolo 2 godzin (dokladny wynik zalezy od poczatkowej ilosci nanorobotow).
Inzynierowie zajmujacy sie nanotechnologia oceniaja, ze najmniejszy sprawny nanorobot moglby byc zbudowany juz z okolo 70 mln atomow. Przyjmujac zasoby wegla na Ziemi na poziomie 1,1 * 10^15 kg oraz czas replikacji na 100 sekund (najmniejsza rozsadna wartosc – mniejszy czas replikacji powodowalby nadmierny wzrost temperatury a wraz z nim wzrastalaby ilosc bledow podczas replikacji) czas w ktorym nanoroboty “pozarlyby” caly wegiel wynioslby okolo 7600 sekund (okolo 2 godzin). Oto potega wzrostu wykladniczego.
Ograniczenia
Te dwie godziny o ktorych napisalem powyzej to tylko teoria. Rozprzestrzenianie sie nanobotow jest ograniczone nie tylko poprzez emisje “zanieczyszczen termicznych” powodujacych bledy w replikacji. Ekspansja jakiegokolwiek systemu samoreplikujacego jest fundamentalnie ograniczona predkoscia rozprzestrzeniania sie frontu tego systemu – bo tam wlasnie beda potrzebne materialy i tam zachodzic bedzie replikacja. Czas calkowitej konwersji biomasy znajdujacej sie na dwuwymarowej powierzchni jaka jest sfera (kula ziemska) wynosi minimalnie tyle ile czas potrzebny replikatorom do pokonania dokladnie polowy obwodu sfery.
Inna sprawa jest dostepnosc odpowiedniej ilosci energii aby dokonczyc proces replikacji. Jak wspomnialem wczesniej nanoroboty prawdopodobnie moglyby byc zbudowane z wysoko zorganizowanych zwiazkow wegla, podobnych strukturalnie do diamentu. Gdyby takie nanoroboty chcialy czerpac energie jedynie z mniej zorganizowanych (tzn. mniej zasobnych w energie) zwiazkow wegla takich jak bialka moglyby tej energii nie starczyc. W takim wypadku nanoroboty potrzebowalyby modulu, ktory czerpalby dodatkowa energie z innego zrodla np. ze Slonca (panel sloneczny w nanoskali). To oczywiscie spowodowaloby ze szczep nanorobotow bylby ciezszy (zbudowany z wiekszej ilosci atomow) i wydluzyloby to czas replikacji.
Kazda zywa istota na Ziemi to maszyna samoreplikujaca sie (tylko mechanizm replikacji wiekszosci z nich wymaga obecnosci drugiego kodu genetycznego). Tak naprawde wszystko mogloby stanowic roj grey goo, jedyne co ogranicza zywe istoty to dostepnosc pozywienia, predkosc dyspersji w srodowisku, obecnosc zanieczyszczen oraz predkosc replikacji. Mowi sie, ze gdyby bakterie mialy dostateczna ilosc pozywienia to szybko opanowalyby cala Ziemie zamieniajac lady i morza w jeden gigantyczny bakteryjny ocean. Na szczescie bakterie sa ograniczone warunkami srodowiska. Co ciekawe ludzie tez moga byc postrzegani w ten sam sposob. Postepujace przeludnienie naszej planety przypomina formowanie sie grey goo, chociaz w naszym przypadku czas replikacji jest dosyc dlugi a ponadto nas tez ograniczaja warunki srodowiska – warto o tym pamietac.
Zrodla: Wikipedia, http://lifeboat.com/ex/global.ecophagy
