Matryoshka-hjärnan är en hypotetisk megastruktur föreslagen av Robert Bradbury baserad på en Dyson-sfär som har enorm datorkraft. Detta är ett exempel på en stjärnmaskin av klass B som använder hela energipotentialen hos en stjärna för att driva ett datorsystem [1] . Namnet på konceptet kommer från en rysk trädocka - matryoshka [2] .
Termen "matryoshka hjärna" myntades av Robert Bradbury som ett alternativ till termen "hjärna-Jupiter" - ett liknande koncept, men på en planetarisk snarare än stjärnskala och optimerad för minimal signalutbredningsfördröjning. Designen av matryoshka-hjärnan betonar nettokapacitet och maximering av energin som tas emot från källan (stjärnan), medan Jupiter-hjärnan är optimerad för beräkningshastighet [3] .
En sådan struktur måste bestå av minst två (vanligtvis fler) Dyson-sfärer byggda runt stjärnan och kapslade inuti den andra. En betydande del av skalen kommer att bestå av nanodatorer i molekylär skala. Dessa datorer kommer åtminstone delvis att ta emot energi från utbytet mellan stjärnan och det interstellära mediet. Skalet kommer att absorbera energi som utstrålas till dess inre yta, använda den för att driva datorsystem och stråla ut energi utåt. Nanodatorerna i varje skal kommer att utformas för att fungera vid olika temperaturer.
Liksom alla andra intrasslade Dyson-sfärer är denna design gravitationsmässigt instabil i det långa loppet. Ur teknisk synvinkel kräver konstruktionen av denna struktur enorma kostnader, inklusive på grund av det faktum att konstruktionen av skal kommer att kräva användning av material från en betydande del av stjärnans planetsystem och sannolikt helt enkelt inte har en lösning i termer av realistiskt möjliga material. Dessutom, eftersom i alla beräkningar energi försvinner i form av värme som inte är lägre än Boltzmann-konstanten för varje bit och proportionell mot temperaturen enligt Landauer-principen , och i vakuum sker värmeöverföring endast genom strålning, ökar inte flerskiktsstrukturen dess energieffektivitet.
Det är ganska svårt att föreställa sig möjliga tillämpningar av sådana enorma datorresurser. En av idéerna som föreslagits av Charles Strauss i romanen Accelerando är att matryoshkahjärnan kan användas för att skapa en korrekt imitation av verkligheten eller för att överföra mänskligt medvetande till virtuell verklighet [4] [5] . Damien Broderick föreslår att matryoshka-hjärnan kommer att kunna modellera hela alternativa universum [6] .
Futuristen och transhumanisten Anders Sandberg skrev en uppsats som undersökte implikationerna av att utföra beräkningar av denna storleksordning på matryoshka hjärnliknande maskiner, som publicerades av Institutet för etik och ny teknik [7] .
Robert Bradbury, författaren till konceptet, använde det i antologin Year Million : Science at the Far Edge of Knowledge , som väckte intresse hos kolumnister i Los Angeles Times och Wall Street Journal [8] [9] .
Idén med massivt kraftfulla datorenheter utforskades i en essä av Nick Bostrom i The Philosophical Quarterly . Bostrom hävdar att om människor frivilligt utvecklas till det posthumana stadiet, skulle storskaliga datorsimuleringar krävas före varje steg av evolutionen , vilket kräver maskiner som matryoshka-hjärnan [10] . Raymond Kurzweil nämner denna idé flera gånger i The Singularity Is Near (2005), efter ett liknande resonemang. Han noterar att existensen inuti en datormodell kan vara lika "verklig" som i en normal biosfär - om en sådan distinktion överhuvudtaget kan göras [11] . Begreppet en matryoshka-hjärna diskuteras också i en artikel som publicerades i aprilnumret 2003 av British Interplanetary Society [12] .
Hjärn-Jupiter är en teoretisk beräkningsmegastruktur lika stor som en planet. Till skillnad från matryoshka-hjärnan är Jupiter-hjärnan optimerad för att minimera signalutbredningsfördröjningen och har en kompakt struktur. Att tillhandahålla kraft och avleda värme i ett sådant system innebär betydande utmaningar.
Även om ett fast tätt föremål med storleken och massan av en jordplanet eller gasjätte inte kan byggas av något känt material, kan en sådan struktur byggas som ett galler med låg densitet med en massa som är jämförbar med en stor satellit eller en liten planet, men med en betydligt större volym, antingen som en tät men inte fast struktur med planetens massa och densitet (kräver kontroll av den inre temperaturgradienten för att förhindra konvektion ).