Что, если фантастический мир инопланетного вируса, создающего супергероев, можно было бы рассмотреть через призму реальной физики? Новое исследование делает именно это, объединяя передовую физику с воображением Джорджа Р. Р. Мартина, знаменитого автора фэнтези, наиболее известного благодаря своему сериалу "Песнь льда и пламени", который был экранизирован в популярном телевизионном шоу HBO "Игра престолов".
Недавно в журнале American Journal of Physics была опубликована статья Мартина и доктора Иэн Л. Трегиллис - физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории и автор научной фантастики - исследовал физику вселенной Мартина "Дикие карты". В этом вымышленном мире инопланетный вирус наделяет сверхчеловеческими способностями немногих счастливчиков.
“Как и любой физик, я начал с приблизительных оценок, но затем зашел слишком далеко”, - сказал доктор Треджиллис в своем заявлении. “Будучи теоретиком, я не мог не задаться вопросом, может ли простая базовая модель привести в порядок канон”.
Научная фантастика долгое время служила благодатной почвой для научных мысленных экспериментов, предлагая сценарии для изучения теорий и концепций в физике, математике и инженерном деле. Серия "Дикие карты" Мартина, антология фантастики о супергероях, посвященная общему миру, представляет собой уникальную "песочницу" для таких исследований.
Действие сериала разворачивается в альтернативной истории Соединенных Штатов, трансформированных инопланетным вирусом после Второй мировой войны. В сериале рассказывается о патогене, который вызывает “переворот карт” у своих хозяев, что приводит к смертельным случаям, гротескным мутациям (“джокеры”) или необычайным способностям (“тузы”).
Инопланетный вирус "Дикие карты" придерживается строгого статистического распределения: 90% инфицированных умирают, 9% подвергаются мутациям и только 1% обретает сверхчеловеческие способности. Получивший название “правило 90: 9:1”, этот нарративный прием становится трамплином для более глубокого погружения в статистическое моделирование, классическую механику и динамические системы.
Д-р Трегиллис и Мартин использовали правило “90: 9: 1”, предполагающее высокий риск и малую выгоду, для создания элегантной математической модели, применив передовые физические концепции, такие как лагранжева механика и эргодичность.
“Мы воплотили абстрактную проблему вирусных исходов ”Дикой карты" в простую, конкретную динамическую систему", - объяснил доктор Трегиллис. “Усредненное по времени поведение этой системы генерирует статистическое распределение исходов”.
В то время как сериал Мартина "Игра престолов" принес широкой аудитории эпическое фэнтези, "Дикие карты" представляют собой его глубокое погружение в спекулятивную научную фантастику. Впервые опубликованный в 1987 году, сериал "Дикие карты" представляет собой повествование об общем мире, написанное более чем 40 авторами под редакторским руководством Мартина. В десятках томов, охватывающих десятилетия, исследуются социальные, политические и культурные потрясения, вызванные распространением инопланетного вируса "дикая карта".
Хотя инопланетный вирус и фантастичен, он является основой для увлекательного научного исследования доктора Трегиллиса и Мартина. Результатом их совместной работы стала модель, которая использует передовые физические методы для объяснения вирусной динамики "Диких карт".
Исследование начинается с простого, но смелого вопроса: как можно смоделировать кажущиеся случайными эффекты инопланетного вируса wild card в рамках правил классической физики?
Чтобы ответить на этот вопрос, доктора Трегиллис и Мартин разработали структуру, которая рассматривает каждого инфицированного человека как систему с “вектором состояния”, отражающим степень его трансформации и сочетание мутаций (черты джокера) и сверхчеловеческих способностей (черты аса). Этот вектор состояния динамично развивается до тех пор, пока “карта“ индивидуума не перевернется, навсегда определив его судьбу.
В исследовании применяется “правило 90:9:1“ в качестве статистического распределения, при этом более детально рассматриваются необнаруживаемые результаты. Например, “крипто-шутники“ и “крипто-асы“ представляют людей, чьи превращения либо слишком незаметны, либо чьи способности остаются скрытыми. Эти дополнения усложняют повествование, создавая благодатную почву для продвинутого решения физических задач.
“Задача эпидемиологов, которая поставила бы в тупик нашего гипотетического теоретика, состоит в том, чтобы установить истинную летальность патогена“, - пишут авторы. “Это осложняется существованием бессимптомных носителей, которых по определению трудно идентифицировать“.
Центральное место в исследовании занимает разработка лагранжиана - математической функции, описывающей движение системы, - которая управляет последствиями заражения вирусом. Этот “логарифмический лагранжиан“ объединяет тяжесть заболевания, вероятность мутации и вероятность проявления сверхчеловеческих способностей в единую модель.
Одним из наиболее инновационных аспектов исследования является использование эргодичности, принципа, часто используемого в статистической физике. Исследователи утверждают, что кажущаяся случайность воздействия вируса на самом деле коренится в детерминированных процессах. Моделируя вирус как систему, находящуюся в динамическом равновесии, они демонстрируют, как правило 90:9:1 естественным образом вытекает из установленных ими параметров.
Научное моделирование вселенной "Диких карт" возвышает сериал, обосновывая его фантастические предпосылки языком физики. Исследование выходит за рамки повествовательных спекуляций и задает практические вопросы: Как патоген может генерировать фиксированные статистические результаты? Какие переменные определяют баланс между чертами характера “шутника“ и способностями “туза“? Эти исследования придают сериалу научную достоверность.
Однако, когда дело доходило до создания "Диких карт", сохранение научной направленности никогда не было главной задачей, вместо этого акцент делался в первую очередь на рассказывании историй.
“Нашей целью всегда было рассказывать занимательные истории с участием интересных персонажей в веселом и увлекательном мире”, - рассказал Треллис в электронном письме. “В конце концов, фундаментальная предпосылка о том, что вирус может каким-то образом наделять людей сверхспособностями, не поддающимися физическому анализу, явно невозможна”.
Трегиллис сказал, что наш общий друг, ныне покойный Виктор Милан, “который был одним из первых членов консорциума Wild Cards consortium, несколько десятилетий назад придал концепции физический оттенок в самом первом томе серии”.
Однако для создания убедительного ощущения научной достоверности в художественной литературе часто требуется нечто большее. В качестве примера научной фантастики, сохраняющей убедительную степень научной достоверности, Треджиллис привел серию "Пространство" Джеймса С. А. Кори, автора, который, по его словам, лично связан с "Дикими картами".
“Для построения научной гипотезы (не говоря уже о переводе ее на математический, физический язык) требуются данные”, - сказал Трегиллис на брифинге. “Но, конечно, количество ”точных данных", предоставляемых каноном "Диких карт", очень невелико - проверка гипотез редко приводит к драматическому повороту страниц".
“Итак, с самого начала я столкнулся с проблемой, которая была недостаточно определена. Мне потребовалось немного времени, чтобы обдумать эту проблему, задать вопрос, который был бы одновременно плодотворным и приемлемым”.
В целом, по словам Трегиллиса, у них с Мартином была более простая цель при написании их недавней научной статьи.
“Цель нашей статьи - использовать этот странный, причудливый сценарий, чтобы продемонстрировать, что научное мышление, возможно, в сочетании с небольшим количеством математики и дедуктивных рассуждений, может стать мощным инструментом для извлечения информации даже из самых расплывчатых, кажущихся недоступными проблем”.
Помимо повествовательной привлекательности, исследование служит мощным образовательным инструментом. Превращение вымышленного сценария в физическую задачу позволяет познакомиться с такими сложными темами, как многомерные распределения вероятностей, классическая механика и динамические системы. Нестандартная предпосылка снижает барьеры для проникновения, делая сложные концепции более доступными.
Работа с “правилом 90:9:1” инопланетного вируса требует упрощения допущений, устранения разрывов и уточнения моделей - реалистичного отражения проблем, с которыми сталкиваются работающие физики.
“Цель этого тематического исследования - разработать полезное педагогическое упражнение для изучения открытого исследовательского вопроса, который, на первый взгляд, не представляет четкого пути продвижения вперед“, - написали доктора Трегиллис и Мартин. “Будучи одновременно эклектичным и длительным, это упражнение предлагает студентам уникальный способ применить свои основные знания в области физики и математики“.
Несмотря на свою сложность, модель ставит интересные задачи. Например, авторы подчеркнули противоречие между необходимостью снижения риска летального исхода от инфекций, необходимого для стабильности общества, и высокой распространенностью “тузов“, изображенных в серии. Это несоответствие требует дальнейшего уточнения модели или даже новых интерпретаций сюжета сериала.
Введение “криптографических“ результатов также усложняет модель. В реальной эпидемиологии бессимптомные переносчики заболеваний создают аналогичные проблемы, поскольку они часто остаются незамеченными. Параллели между инопланетным вирусом "дикой карты" и реальными патогенами подчеркивают актуальность исследования, выходящую за рамки фантастики.
Доктор Трегиллис и Мартин пытаются преодолеть разрыв между воображением и реальностью, сочетая повествование с научной строгостью. Поклонники серии "Дикие карты" получают возможность по-новому взглянуть на вымышленную вселенную, в то время как физики видят творческое применение своей дисциплины.
Более того, исследование подчеркивает силу научной фантастики как средства привлечения внимания общественности. Благодаря изложению сложных концепций в знакомом повествовании, современная физика становится доступной для более широкой аудитории.
Это особенно примечательно в свете недавнего крупномасштабного эмпирического исследования общественного доверия к науке. Опрос, проведенный в 68 странах, показал, что 83% участников хотели бы, чтобы ученые “прилагали больше усилий для информирования общественности о науке”.
Сотрудничество доктора Трегиллиса и Джорджа Р. Р. Мартина показывает, что даже самые фантастические научно-фантастические идеи могут послужить толчком к тщательному научному исследованию. Их недавняя работа иллюстрирует, как границы между реальностью и воображением могут стираться, эффективно воплощая вымышленные сценарии в жизнь.
Однако доктор Трегиллис подчеркнул, что сочетание науки и физики с фантазией никогда не заменит проверенные временем принципы увлекательного повествования.
“Хорошее повествование - это история о персонажах: их желаниях, потребностях, препятствиях, проблемах и о том, как они взаимодействуют со своим миром“, - сказал доктор Трегиллис. “Вымышленный вирус на самом деле - всего лишь предлог, чтобы оправдать мир ”Диких карт", персонажей, которые его населяют, и сюжетные линии, которые вытекают из их действий".
Автор: Тим Макмиллан - отставной сотрудник правоохранительных органов, журналист-расследователь и один из основателей журнала The Debrief. Его статьи обычно посвящены обороне, национальной безопасности, разведывательному сообществу и темам, связанным с психологией.
