Cerveau matriochka

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Un cerveau matriochka est une vaste structure hypothétique proposée par Robert Bradbury, fondée sur la sphère de Dyson, dotée d'une capacité informatique immense. Il capte toute l'énergie produite par une étoile pour faire fonctionner ses systèmes informatiques. Le concept tire son nom des poupées russes, les matriochkas.

Le terme cerveau matriochka fut forgé par Robert Bradbury comme alternative au cerveau de Jupiter, un concept identique mais à l'échelle planétaire[1]. La conception d'un cerveau matriochka s'appuie sur sa capacité propre et sur une capture maximale des rayonnements émis par son étoile source alors que le cerveau de Jupiter est conçu pour minimiser le délai de signal et maximiser la vitesse de calcul.

Une telle structure se composerait d'au moins deux sphères de Dyson disposées autour d'une étoile, et gerbées l'une dans l'autre. Des ordinateurs à l'échelle naine constitueraient une partie importante des coquilles[2]. Les échanges énergétiques entre l'étoile et l'espace alimenteraient ces processeurs en énergie. Une coquille (ou un composant, si en forme d'essaim de Dyson), absorberait l'énergie rayonnée sur sa surface intérieure, s'en servirait pour faire fonctionner ses systèmes informatiques, et rerayonnerait l'énergie vers l'extérieur. Les ordinateurs nains de chaque coquille seraient conçus pour fonctionner à différentes températures ; les composants au cœur avoisineraient la chaleur de l'étoile centrale, alors que les couches extérieures du cerveau matriochka pourraient être aussi froides que le milieu interstellaire.

Le mécanisme idéal pour puiser l'énergie dans les rayonnements qui passent par les coquilles, le nombre de coquilles et leur taille idéale font l'objet de spéculation. Le concept du cerveau matriochka ne viole aucune des lois établies de la physique, malgré l'ingénierie complexe nécessaire pour construire une telle structure. Le projet obligerait la déconstruction d'une grande partie (sinon la totalité) du système planétaire de l'étoile pour des matériaux de construction.

Types de cerveaux matriochka[modifier | modifier le code]

Il existe différents types de cerveaux matriochka, tous ayant un fonctionnement différent. Les trois principaux sont [3]:

  • le cerveau matriochka d'alimentation interne
  • le cerveau matriochka d'alimentation externe
  • le cerveau matriochka autonome

Cerveau matriochka d'alimentation interne[modifier | modifier le code]

Le cerveau Matriochka d'alimentation interne est construit autour d'une étoile comme une sphère de Dyson de type I, c'est à dire en forme de coquille.

Cerveau matriochka d'alimentation externe[modifier | modifier le code]

Le cerveau Matriochka d'alimentation externe est construit indépendamment d'une étoile et est alimenté par une source extérieure.

Cerveau matriochka autonome[modifier | modifier le code]

Le cerveau Matriochka autonome ne repose par sur une étoile pour son alimentation mais génère lui-même de l'énergie (par fusion nucléaire ou par fission nucléaire).

Propriétés[modifier | modifier le code]

Sur une grande échelle, le cerveau matriochka est limité, dans sa phase primaire, par les ressources fournies par un système stellaire isolé, ainsi que par l'habilité du constructeur dans le domaine de ingénierie stellaire. Néanmoins, sur une échelle microscopique, le cerveau matriochka est limité par l'habilité du constructeur à assembler la matière atome par atome. C'est l'union de ces deux méthodes de construction (l'ingénierie stellaire et la nanotechnologie) qui permettent l'utilisation optimale des ressources du système[3].

Energie recueillie[modifier | modifier le code]

L'énergie recueillie par un cerveau matriochka varie selon la distance des panneaux solaires de l'étoile (la source d'énergie) et les caractéristiques propres aux panneaux solaires. En 1992, Eric Drexler a estimé qu' avec l'aide seule de la nanotechnologie, il devrait être possible de construire des panneaux solaires d'une masse d'environ 10-3 kg pouvant générer environ 105 W/kg en orbite de la Terre. Etant donné que l'énergie émise par le Soleil est de  W, il faudrait  kg de panneaux solaires en orbite de la Terre. Par comparaison, cette masse peut être rapprochée à la masse totale des objets de la ceinture d’astéroïdes. Bien sûr, placer les panneaux solaires sur une orbite plus proche du Soleil diminuerait la quantité de panneaux à disposer, mais ceux-ci se détérioreraient plus vite. Geoffrey Landis a néanmoins prouvé, en 1998, que l'énergie récupérée par des panneaux solaires à une orbite très proche d'une étoile serait moindre que celle récupérée à une orbite plus élevée, à cause du besoin constant de réparer et remplacer les panneaux solaires endommagés[3].

Panneaux solaires[modifier | modifier le code]

Les panneaux solaires du cerveau matriochka peuvent voir leur efficacité mesurée selon plusieurs critères, que sont[3] :

  • Efficacité de récupération d'énergie
  • Masse nécessaire pour une certaine récupération d'énergie
  • Temps requis pour construire un panneau solaire
  • Longévité et entretien nécessaire

Il est à noter qu'en plus de l'énergie lumineuse du spectre visible, on peut envisager d'utiliser les rayons des autres spectres, ce qui augmenterait l'efficacité de la récupération d'énergie[3].

Stockage du système informatique[modifier | modifier le code]

Le système informatique du cerveau matriochka requiert des composants pouvant stocker les données (tant les données entrées que les données sorties). Robert Bradbury a imaginé, en 1999, quatre niveaux de stockage, chacun nécessitant moins de matière et d'énergie que le précédent[3],[4] :

  • Dispositifs optiques ou magnétiques
  • Éléments ayant une structure atomique particulière (l'ADN par exemple)
  • Les charges d'électrons, ou le spin d'électrons
  • Des paquets de photons

A propos de ces niveaux de stockage, Robert Bradbury écrit:

« Photonic storage seems to be the limit because the smallest amount of matter/energy is required to represent a bit. » »

« Le stockage photonique semble être la limite car il nécessite la plus petite quantité de matière ou d'énergie pour encoder un bit. »

Location[modifier | modifier le code]

La location d'un cerveau matriochka varie selon ses caractéristiques propres. Par exemple, on pourrait imaginer construire un cerveau matriochka dans une zone d'intenses radiations si ce cerveau matriochka est conçu avec des systèmes de réparations et de recyclage très poussés. Néanmoins pour qu'un cerveau matriochka soit le plus performant et le plus efficace possible, la location idéale serait dans une zone peu radioactive, présentant une source d'énergie, et proche et abondante, et une source de ressources facilement récupérables. Enfin, il est souhaitable pour un cerveau matriochka de se tenir éloigné de sources de disruptions gravitationnelles comme des trous noir[3].

Les amas globulaires rassemblent toutes ces qualités, ils peuvent donc être un lieu optimal de construction de cerveau matriochka. Un cerveau matriochka d'alimentation externe pourrait être construit dans un amas globulaire et être approvisionné en énergie par de multiples rayons d'énergie provenant de multiples étoiles[3].

Plus simplement, un cerveau matriochka pourrait être construit autour d'une étoile grâce aux ressources disponibles dans le système planétaire en question[5].

Utilisation du cerveau matriochka[modifier | modifier le code]

Un cerveau matriochka peut récolter de très grandes quantités d'énergie et générer une puissance de calcul phénoménale. Cette énergie et cette puissance de calcul peuvent être employées à plusieurs fins.

Simulation[modifier | modifier le code]

Charles Stross à suggéré qu'il était peut être possible de générer des simulations parfaites et d'encoder des esprits humains dans cette réalité virtuelle[6]. Cette simulation serait supportée par la puissance de calcul du cerveau matriochka. La possibilité de simuler des univers entiers a même été soulevée par Damien Broderick[7]. Certaines hypothèses soulignent l'utilisation d'un cerveau matriochka comme réponse au paradoxe de Fermi : une civilisation avancée se simulerait dans un univers virtuel et il serait impossible de la détecter autrement que par la détection du cerveau matriochka lui-même[8].

Déplacement[modifier | modifier le code]

Une partie de l'énergie récoltée pourrait être utilisée pour déplacer le cerveau matriochka grâce à un moteur à fusion nucléaire[5],[3].

Méthode de construction[modifier | modifier le code]

La plupart des méthodes de construction envisagées pour un cerveau matriochka reposent sur la collecte de matériaux dans le système planétaire en question. Cette collecte peut se faire, dans un premier temps, au niveau des astéroïdes, mais à plus long terme, on peut envisager le désassemblage de planètes entières afin de récolter les matériaux nécessaires. Le désassemblage de planètes gazeuses permettrait aussi d'obtenir de l'hydrogène et de l'hélium, pouvant être utilisés comme carburant pour des réacteurs à fusion thermonucléaire. Ceux-ci fourniraient l'énergie nécessaire pour accélérer la récolte de ressources[5],[3].

D'autres méthodes de construction existent, prévoyant par exemple le désassemblage de Mercure. En effet, cette planète étant la plus proche du Soleil, il serait plus économique énergétiquement de déplacer les matériaux de Mercure vers Soleil que d'une autre planète, si l'on considère que la première couche du cerveau matriochka soit positionnée sur une orbite relativement proche du Soleil[5].

L'emploi de sondes pouvant se répliquer pourrait aussi accélérer grandement la construction d'un cerveau matriochka[8].

Détection[modifier | modifier le code]

Pour détecter une mégastructure comme un cerveau matriochka, on peut utiliser les mêmes techniques que pour détecter une sphère de Dyson: toutes deux sont des mégastructures ayant la même base. L'occultement régulier d'une étoile peut indiquer une structure en orbite autour d'elle[9].

Le dégagement d'un faible rayonnement infrarouge peut aussi indiquer une sphère de Dyson ou un cerveau matriochka[3].

Civilisations et échelle de Kardashev[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Échelle de Kardachev.

Un cerveau matriochka construit autour d'une étoile comme notre Soleil pourrait récolter environ  watts, ce qui placerait la civilisation l'ayant construit dans le type II de l'échelle de Kardashev. Le passage entre une civilisation de type I et de type II grâce à la construction d'un cerveau matriochka peut être rapide une fois la nanotechnologie, la technologie de dissipation de l'énergie, et celle des panneaux solaires efficace, acquises. Ensuite, la civilisation souhaitant construire un cerveau matriochka doit choisir entre un repositionnement "rapide" des matériaux de construction, mais inefficace en terme d'économie d'énergie et un repositionnement plus lent mais plus économe en énergie. Un repositionnement plus lent utiliserait la technique d'assistance gravitationnelle et les trajectoires les plus économes[3],[5].

Type Puissance (W)
I 2,1×1016
II 3,8×1026
III 4×1037

Aussi, la richesse des ressources disponibles d'un système évolue selon l’avancement de la civilisation, ce qui influe le cerveau matriochka qui sera construit. En effet, dans un premier temps, une civilisation sera contrainte à limiter le nombre de couches du cerveau matriochka faute de moyens, ce qui entraînera une utilisation moins efficace de l'énergie. Un tel cerveau matriochka aura donc sa couche la plus externe dotée d'une température plus élevée, d'environ 500 à 1500 Kelvins (chaque couche reprend l'énergie thermique libérée par la précédente et en émet moins). Ensuite, de nouvelles sources de matériaux comme des planètes plus éloignées à désassembler, permettront à la civilisation de construire davantage de couches au cerveau matriochka lequel utilisera plus efficacement l'énergie de l'étoile. Il aura donc une température externe moins élevée, d'environ 70 à 300 Kelvins. Enfin, grâce à l'énergie toujours plus importante générée par le cerveau matriochka et par les "générateurs d’appoints" (des réacteurs à fusion thermonucléaire alimentés par l'hydrogène et l'hélium des planètes démantelées), de nouvelles sources d'énergie seront disponibles, ce qui permettra d'encore améliorer le cerveau matriochka avec de nouvelles couches. On peut au final imaginer un cerveau matriochka d'une température externe de moins de 30 Kelvins[3].

Références et sources[modifier | modifier le code]

  1. http://prospectic.fing.org/news/quelle-place-pour-l-homme
  2. http://hplusmagazine.com/2010/07/20/interplanetary-internet-towards-matrioshka-brain/
  3. a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l et m (en) « Matrioshka brain », (consulté le 17 février 2018)
  4. (en) « The Physics of Information Processing Superobjects: Daily Life Among Jupiter Brain », (consulté le 17 février 2017)
  5. a, b, c, d et e « How to build a Dyson sphere in five (relatively) easy steps », sur www.sentientdevelopments.com (consulté le 17 février 2018)
  6. (en) Charles Stross, Accelerando, Ace Books, (ISBN 0-441-01415-1)
  7. (en) Damien Broderick, Godplayers, Thunder's Mouth (ISBN 1-56025-670-2)
  8. a et b « Eternity in six hours: intergalactic spreading of intelligent life and sharpening the Fermi paradox », (consulté le 17 février 2018)
  9. (en) Seth Shostak, « Have we detected an alien megastructure in space? Keep an open mind | Seth Shostak », sur the Guardian, (consulté le 17 février 2018)