إليك كيف يمكننا البدء في فك تشفير رسالة فضائي باستخدام الرياضيات

واحدة من أشهر الرسائل التي تم بثها إلى الفضاء كانت سلسلة من 1679 بتة أرسلها تلسكوب Arecibo الراديوي في عام 1974. ولكن إذا أرسلنا ET لنا مثل هذه السلسلة ، فكيف يمكننا نحن أبناء الأرض أن نبدأ حتى في فك تشفيرها؟ أ نهج رياضي جديد يقترح طريقة.

لأي شخص يحاول تفسير رسالة Arecibo – رسم يصور شخصًا ، الحلزون المزدوج للحمض النووي ، النظام الشمسي والتلسكوب نفسه ، من بين معلومات أخرى – يجب عليهم أولاً أن يفهموا أنها كانت صورة على الإطلاق ، وأن كانت الصورة بعرض 23 بكسل وطول 73 بكسل.

أثناء إرسال الإشارة ، قام هوائي الراديو بتشفير 1،679 بت عن طريق التقليب بين ترددين مختلفين ، يمثلان واحدًا وصفرًا على التوالي. إذا قمت بترتيب البتات بشكل مختلف – بوضع أكثر أو أقل من 23 بكسل لكل صف – تبدو الصورة وكأنها فوضى عشوائية.

سنواجه تحديًا مشابهًا إذا أرسل لنا الفضائيون رسالة. كيف نعرف عدد وحجم أبعادها؟

قام علماء Arecibo ببناء دليل على الإرسال: 23 و 73 من الأعداد الأولية – مخطط قد تتعرف عليه الحياة الذكية الأخرى ، إذا وجدوا أيضًا أن الأعداد الأولية مثيرة للاهتمام. يقول بريان ماكونيل ، عالم الكمبيوتر في Notion Labs في سان فرانسيسكو ، ومؤلف كتاب كتيب الاتصالات الغريبة. قد تكون الرسالة عبارة عن قاعدة بيانات لا يمثل فيها كل عنصر قيمة فقط بل قائمة قيم أو قائمة قوائم. يمكن أن تتضمن رسالة في شكل محاكاة فيزيائية سلسلة من المقاييس لكل نقطة في الزمكان.

طريقة فك التشفير الجديدة ، التي طورها هيكتور زينيل ، عالم الكمبيوتر في جامعة كامبريدج ومؤسس خوارزميات أكسفورد المناعية ، وزملاؤه ، تأخذ سلسلة من البتات – رسالة واردة – وتنظر في كل مجموعة ممكنة من عدد الأبعاد والحجم . 100 بت ، على سبيل المثال ، قد تكون 1 × 100 أو 10 × 10 (بعدين) أو 4 × 5 × 5 (ثلاثة أبعاد) أو 2 × 2 × 5 × 5 (أربعة أبعاد) وهكذا.

ثم ينظر في ترتيب كل تكوين محتمل بطريقتين. للحصول على مقياس للطلب المحلي ، فإنه يقسم الرسالة إلى تصحيحات. لكل رقعة ، تبحث في كتالوج من تريليونات من برامج الكمبيوتر الصغيرة التي أنشأها الباحثون سابقًا لاستكشاف الفضاء الخوارزمي ، وتحسب عدد البرامج التي تولد رقعة متطابقة. (تم احتساب مخرجات البرامج مسبقًا وحفظها ، مما يجعل عمليات البحث سريعة.) وكلما زاد عدد البرامج التي تنشئ رقعة متطابقة ، زادت نقاط التصحيح للترتيب المحلي. يتم حساب متوسط ​​درجات التصحيح للحصول على مجموع نقاط الطلب المحلي للتكوين بأكمله. يقيس الباحثون أيضًا الترتيب العالمي لكل تكوين محتمل من خلال رؤية مدى قدرة خوارزمية ضغط الصور على تقليصها دون فقد المعلومات – رياضيًا ، العشوائية أقل انضغاطًا من الأنماط العادية. من خلال الجمع بين الدرجات المحلية والعالمية ، يكون لدى الباحثين فكرة عن مدى احتمالية أن يكون كل تكوين هو الصحيح.

اختبر الفريق الطريقة على نسخة من رسالة Arecibo تم توسيعها إلى ستة أضعاف حجمها ، لذا أصبح العرض الآن 138 بكسل. في أحد التحليلات ، قام الباحثون بترتيب تسلسل البتات في صور تتراوح من 0 إلى 200 بكسل عبر مجموعة فرعية من التكوينات المحتملة. رسم عرض الصورة على المحور س ودرجة الاحتمالية على المحور ص لكل تكوين ، كان هناك عدد قليل من الارتفاعات الحادة ، أبرزها عند 138. أظهرت الطريقة نجاحًا مشابهًا عند تحليل الرسائل الأخرى المشفرة على هيئة بتات ، بما في ذلك العديد من الصور الأخرى ، ملف صوتي ومسح بالرنين المغناطيسي ثلاثي الأبعاد.

يمكن للنهج الجديد أيضًا أن يتعامل مع نوع الضجيج الذي قد يتم تقديمه عندما تنتقل الرسالة عبر الفضاء. في تحليل آخر ، برز عرض رسالة Arecibo الأصلية البالغ 23 بكسل حتى عندما تم قلب ربع البتات من 1 إلى 0 أو العكس.

يقول زينيل: “هذه الورقة مثيرة للغاية ، لأن ما أظهرناه هو أنه إذا كان لديك جزء من المعلومات ليس عشوائيًا تمامًا ، فإنه في الواقع يشفر المساحة الأصلية التي تم تصميمها فيه”. بمعنى آخر ، تخبرك الرسالة بهندستها الخاصة. يلاحظ ذلك في رواية الخيال العلمي لكارل ساجان اتصال، والفيلم المبني عليه ، تقضي الشخصيات الكثير من الوقت في اكتشاف أن الرسالة المستلمة من الفضائيين هي في ثلاثة أبعاد (تحديدًا مقطع فيديو). “إذا كانت لديك أدواتنا ، فستحل هذه المشكلة في ثوانٍ وبدون تدخل بشري.”

ويقول إنه حتى لو أرسل الفضائيون إشارة مستمرة بدلاً من بتات ، فإن الطريقة يمكن أن تساعد في العثور على تردد أخذ العينات الصحيح لرقمنتها. سيضيف فقط المزيد من التكوينات للمحاولة.

يقول ماكونيل عن التقنية التي لم تتم مراجعتها بعد: “ما يعجبني فيه هو أنه نهج رياضي صارم لتوصيف الإرسال”. علاوة على ذلك ، “يركز معظم الأشخاص في مجتمع SETI” – في إشارة إلى البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض – “على اكتشاف الإشارات. إنهم لا يميلون إلى التفكير كثيرًا في ما سيحدث بعد ذلك “.

يشير الباحث في SETI دوغلاس فاكوتش ، رئيس METI International ، وهي منظمة غير ربحية تدرس كيف يمكننا إرسال رسائل ذكاء خارج كوكب الأرض ، إلى أن النهج الجديد يحرر الأعداد الأولية لخدمة غرض ثانوي في تحليل الرسالة. “بدلا من أن يكون دليلا ل يكتشف التنسيق ، يمكن استخدامها الآن يتأكد كتب فاكوتش عبر البريد الإلكتروني أن أجهزة فك التشفير وجدت الحل الصحيح.

(“الأعداد الأولية هي بطريقة ما خاصة جدًا بالمعنى الرياضي ،” يلاحظ زينيل ، “لأنه يمكن اعتبارها نسخة مضغوطة من الأعداد الطبيعية.” ولكن هناك أيضًا أنواع أخرى من الأرقام المثيرة للاهتمام للاختيار من بينها ، والعديد منها مدرج في موسوعة على الإنترنت للتسلسلات الصحيحة.)

بالطبع ، حتى لو تمكنا من اكتشاف الرسالة وتنسيقها ، فسنظل بحاجة إلى تفسيرها بشكل صحيح. هل يشير الشكل إلى جسم غريب أو مركبة فضائية أو معادلة أو لطخة؟

يلاحظ زينيل أن هذا النهج له تطبيقات أرضية محتملة ، على سبيل المثال في فك تشفير الإشارات بين الخلايا. لقد استخدم بالفعل أيضًا طرقًا متشابهة من الناحية المفاهيمية لتحديد المكونات المهمة في شبكات تنظيم الجينات – إذا قمت بتشويش جزء واحد ، فهل يجعل النظام العام أقل وضوحًا؟ يقول زينيل إن الخوارزمية التي تجمع مكونات خوارزمية أصغر من أجل شرح البيانات أو التنبؤ بها – هذه الطريقة الجديدة هي مجرد طريقة واحدة للقيام بذلك – قد تساعدنا يومًا ما في تحقيق الذكاء الاصطناعي العام. لا تعتمد مثل هذه الأساليب الآلية على الافتراضات البشرية حول الإشارة. هذا يفتح الباب لاكتشاف أشكال من الذكاء قد تفكر بشكل مختلف عن ذكاءنا.