Мозг-матрёшка — гипотетическая мегаструктура, предложенная Робертом Брэдбери, на основе сферы Дайсона, имеющая огромную вычислительную мощность. Это пример звездной машины класса B, которая использует весь энергетический потенциал звезды, чтобы приводить в действие компьютерную систему[1]. Название концепции происходит от русской деревянной куклы — матрёшки[2].
Термин «мозг-матрёшка» был изобретён Робертом Брэдбери в качестве альтернативы к термину «мозг-Юпитер» — похожей концепции, однако имеющей не звёздный, а планетарный масштаб и оптимизированной для минимальной задержки прохождения сигнала. Конструкция мозга-матрёшки делает акцент на чистой ёмкости и максимизации энергии, получаемой из источника (звезды), в то время как мозг-Юпитер оптимизирован по скорости вычислений[3].
Такая структура должна состоять, по крайней мере, из двух (обычно больше) сфер Дайсона, построенных вокруг звезды и вложенных одна в другую. Значительная часть оболочек будет состоять из нанокомпьютеров молекулярного масштаба. Эти компьютеры по крайней мере частично будут получать энергию от обмена между звездой и межзвёздной средой. Оболочка будет поглощать энергию, излучаемую на её внутреннюю поверхность, использовать её для питания компьютерных систем и излучать энергию вовне. Нанокомпьютеры каждой оболочки будут предназначены для работы при различных температурах.
Как и любая другая сцепленная сфера Дайсона, данная конструкция гравитационно нестабильна в долговременной перспективе. С инженерной точки зрения постройка данной структуры требует колоссальных затрат, в том числе из-за того, что сооружение оболочек потребует использования материала значительной части планетной системы звезды и скорее всего просто не имеет решения в условиях реально возможных материалов. Кроме того, поскольку при любых вычислениях происходит диссипация энергии в виде тепла не ниже постоянной Больцмана на каждый бит и пропорционально температуре согласно принципу Ландауэра, а в вакууме теплоотдача происходит только путём излучения, то многослойность структуры не повышает её энергоэффективность.
Возможное использование
Довольно сложно представить возможные сферы применения таких огромных вычислительных ресурсов. Одна из идей предложена Чарльзом Строссом в романе Accelerando: мозг-матрёшка может использоваться для создания точной имитации реальности или переноса сознания человека в виртуальную реальность[4][5]. Дэмиен Бродерик[англ.] предполагает, что мозг-матрёшка сможет моделировать целые альтернативные вселенные[6].
Роберт Брэдбери, автор концепции, использовал её в антологии «Год 1,000,000: наука на дальнем краю знания» (англ.Year Million: Science at the Far Edge of Knowledge), привлёкшей интерес обозревателей Los Angeles Times и Wall Street Journal[8][9].
Идея вычислительных устройств огромной мощности рассматривалась в эссе Ника Бострома в журнале The Philosophical Quarterly. Бостром рассуждает о том, что если люди добровольно эволюционируют к стадии постчеловека, перед каждой ступенью эволюции потребуется масштабное компьютерное моделирование, требующее машин таких, как мозг-матрёшка[10]. Рэймонд Курцвейл несколько раз упоминает эту идею в книге «Сингулярность уже близко[англ.]» (2005), следуя похожей цепочке рассуждений. Он отмечает, что существование внутри компьютерной модели может быть таким же «реальным», как и в обычной биосфере — если вообще можно провести такое различие[11]. Концепция мозга-матрёшки также рассматривается в статье, опубликованной в апрельском номере журнала Британского межпланетного общества за 2003 год[12].
Мозг-Юпитер
Мозг-Юпитер — это теоретическая вычислительная мегаструктура размером с планету. В отличие от мозга-матрёшки, мозг-Юпитер оптимизирован для минимизации задержки прохождения сигнала и имеет компактную структуру. Обеспечение питания и рассеивание тепла в такой системе представляют значительные трудности.
Хотя твёрдый плотный объект с размером и массой планеты земного типа или газового гиганта не может быть построен из любого известного материала, подобная структура может быть построена как решётка низкой плотности с массой, сравнимой с большим спутником или маленькой планетой, но имеющая значительно больший объём, либо как плотная, но не твёрдая структура с массой и плотностью планеты (при этом требуется контроль за внутренним градиентом температуры для предотвращения конвекции).
