Какой уровень понимания квантовой физики у вас должен быть, чтобы написать серьезный научно-фантастический роман?

Повторяя комментарий F1Krazy, вам нужно знание квантовой физики только в том случае, если ваша история зависит от квантовой физики. Вы можете писать об информационных технологиях, орбитальной механике, синтетической биологии или дюжине других тем, ни разу не упомянув (или не поняв) квантовую механику.

Хотя есть много разных способов писать художественную литературу, мне кажется, что более успешные истории начинаются как рассказы, а не как накопленные исследовательские заметки. Как правило, история выдумывает технологии, которые могут существовать, чтобы заставить историю работать. Двумя распространенными примерами являются путешествия со скоростью, превышающей скорость света, и путешествия во времени. Большинство физиков будут утверждать, что оба явления невозможны, учитывая наши современные знания о Вселенной. Но есть много хороших и даже великих историй, которые зависят от возможности этих двух действий. История делает некоторые движения руками, чтобы создать червоточины, или черные дыры, или дополнительные измерения пространства и времени, или что-то, что звучит как наука и позволяет истории развиваться.

Если вы согласны с тем, что история диктует технологические/научные потребности, напишите историю. Определите минимальное количество взмахов руками, необходимое для того, чтобы история сработала. Поищите в сети информацию по этой теме. Посмотрите, сможете ли вы найти ученого, готового побеседовать на эту тему. Пойти в библиотеку. Перейдите на сайт Worldbuilding.Stackexchange.com, продемонстрируйте, что вы выполнили домашнее задание, и задайте конкретный вопрос. В любом случае, будьте готовы хоть немного изменить историю, чтобы она лучше соответствовала науке/технологии.

Наконец, читайте много, как художественную, так и научно-популярную литературу. Попытайтесь понять, что работает, чтобы заинтересовать вас. Тогда пишите, зная, что большая часть того, что вы напишете, не будет опубликована. Пишите для практики, для оттачивания навыков, для опробования разных подходов. Тогда прочитайте еще немного. Промыть и повторить.

Я не могу сделать лучше, чем ответ JoeStonecash при решении общего вопроса, и я призываю вас принять этот совет и, в частности, не беспокоиться о квантовой физике, пока она каким-то образом не станет критически важной для вашей истории. В то же время я полностью согласен с замечанием Патрика Стивенса о том, что «этот предмет уникален среди наук тем, насколько близко к полной чепухе его понимание большинством людей». Поэтому я хотел также затронуть часть вашего вопроса, относящуюся к квантовой физике, где, я думаю, главное — знать и избегать основных искажений, которые там существуют, по крайней мере, если вы собираетесь работать с научной точки зрения. .

В качестве отказа от ответственности: я не физик, но я работаю с физиками и пытался ограничиться вещами, в которых я уверен. Как упомянул JoeStonecash, вы должны подтвердить все, что написано ниже, с помощью других источников, прежде чем использовать это в своем письме.

По моему опыту чтения научной фантастики, самая непонятая часть квантовой физики — это то, что, по словам квантовой физики, происходит, когда что-то «наблюдают». Начнем с того, что внесем ясность: термины «наблюдение» и «измерение» просто означают, что система взаимодействует с какой-то другой достаточно большой системой. Эти взаимодействия вызывают «декогеренцию», и меньшая система быстро развивается до состояния, когда мы можем разумно описать результат измерения (и только этот результат) с помощью классических терминов и обычной школьной вероятности. Мы говорим, что волновая функция системы «коллапсировала». Но природа системы по-прежнему квантовая, и, вообще говоря, любые неизмеренные аспекты системы по-прежнему не поддаются классическому описанию даже в момент наблюдения.

Теперь обратимся к некоторым заблуждениям, связанным с научной фантастикой:

• Хотя наблюдение обычно смехотворно быстрое, это не делает его буквально мгновенным. Проведя чрезвычайно тщательный эксперимент, вы можете отсечь взаимодействие с более крупной системой до того, как декогеренция продвинется достаточно далеко, чтобы классическое описание имело смысл.

• «Наблюдатель» не должен соответствовать каким-либо таинственным критериям, таким как быть в сознании или быть человеком, и физика не меняется в зависимости от того, смотрит ли человек. Чтобы взаимодействие вело себя как наблюдение, нужно только, чтобы «наблюдатель» был достаточно большим. (И помните, что это «большой» по стандартам квантовой физики, так что не очень.)

• Системы не меняются между полностью квантовыми в обычное время и полностью классическими во время измерений. Как упоминалось выше, измерение обычно может сделать классическим только один аспект системы. Например, представьте одинокую частицу. Если вы измерите его положение, декогерентность поместит его в состояние, согласующееся с наличием определенного местоположения, но та же самая декогерентность разрушит вашу способность даже применять классическую концепцию импульса. Точно так же, если вместо этого вы решите измерить импульс, бессмысленно говорить о классическом положении частицы во время измерения. Проблема не в том, что положение и импульс каким-то образом скрыты от нас, и не в том, что любое из возможных измерений каким-то образом искажает «истинные» значения, а что идея о том, что частицы — это бильярдные шары с классическими положениями и импульсами, слишком наивна, чтобы когда-либо соответствовать действительности. В лучшем случае мы можем применять то или иное понятие за раз, но когда мы не навязываем руку реальности, вполне вероятно, что ни то, ни другое не применимо. (Этот пример — часто неправильно понимаемый принцип неопределенности Гейзенберга, который можно было бы лучше назвать. Существует множество других принципов неопределенности, каждый из которых ограничивает одновременную применимость классических идей.)

• Соответственно, «суперпозиция» двух классических состояний X и Y не означает, что «X и Y одновременно истинны». Это также не означает, что «истинно либо X, либо Y, но мы не знаем, что именно». Это означает, что ни X, ни Y не являются точным описанием реальности, поэтому, если мы возьмем измерение с X и Y в качестве возможных результатов, последующая декогерентность может привести систему в любое состояние.

• Поскольку «суперпозиция» не означает «или» или «и», квантовые вычисления — это не одновременная попытка множества классических вычислений. Скорее, мы начинаем с планирования измерения, которое даст нам один из нескольких возможных ответов. Физика говорит нам, что для каждого ответа вероятность декогерентизации зависит от определенной амплитуды. Итак, мы разрабатываем процесс, который постоянно сдвигает амплитуды правильных ответов в одном направлении, а амплитуды неправильных ответов — в противоположных. Неправильные ответы компенсируют друг друга, поэтому связанные с ними амплитуды оказываются малыми и вряд ли влияют на итоговое измерение. Как вы можете себе представить, взять проблему и найти процесс, который работает, чтобы отменить все неправильные ответы».

• «Запутанность» не является полезной концепцией для общения. Это проявляется в том, что, хотя мы обычно не можем предсказать, как будет происходить декогерентность, мы можем дать вероятности, и вероятности для систем могут быть коррелированы — мы называем такие системы «запутанными». Например, мы с вами могли бы настроить две частицы так, чтобы мы знали, что получим один и тот же результат, если измерим их спины. Тогда, даже если ни одна из частиц не может быть точно названа спином вверх или вниз до измерения (помните, что классические описания обычно не имеют смысла, кроме как во время соответствующего наблюдения), я могу быть уверен, что мои будущие измерения будут повторять то же самое. путь ваш будет. Итак, у нас есть доступ к общему секрету. Но я ничего не могу сделать, чтобы послать вам информацию: вы не можете знать, когда я

Если вы сможете избежать всех этих ошибок, такие читатели, как я, будут в восторге. Даже если некоторые другие детали неверны, я был бы рад прочитать работу, в которой все правильно.

Я бы поспорил немного в другом ключе, чем другие (хорошие) ответы. Технически вам вообще не нужно знать, как работает квантовая физика, чтобы писать научную фантастику, в которой она используется. Единственное, что вам нужно знать, это то, что он может сделать. Или, скорее, то, что люди, которые это понимают, верят, что они смогут сделать в будущем.

Есть, конечно, инженерно-порно в научной фантастике с ее бесконечными информационными отвалами, но в целом они не продвигают сюжет и несколько справедливо считаются вредной привычкой. Есть также истории, которые зависят от того, как именно реализована очень конкретная концепция в инженерии или физике, но во много раз больше таких, которые этого не делают.

Для большинства людей технология — это всего лишь инструмент. Чтобы ответить на ваш вопрос, мне нужно знать, что слова, которые я сейчас печатаю, появятся на этой странице, где вы сможете их прочитать после того, как я нажму большую кнопку внизу. Мне не нужно уметь программировать, или знать, как работает компьютер, или Интернет, или как настроить сервер, мне нужно только знать, какие действия я могу предпринять и какие последствия они имеют. И хотя на самом деле я все это знаю, я редко чувствую необходимость рассказывать об этом людям, если они прямо не спрашивают или это каким-то образом помогает мне донести свою мысль.

То же самое относится и к героям вашего романа. Для них их квантовое устройство может быть повседневным объектом, поэтому они привыкли к нему и не задумываются о его внутренней работе. Или какой-нибудь знаток науки К'иш может вручить им это совершенно новое устройство, сказав им, что они не должны даже пытаться понять, как оно работает, это намного выше их уровня заработной платы, но в знак признания того, что оно было сделано надежным. Просто нажмите эту кнопку, и все произойдет.

Что делает вашу историю серьезной научной фантастикой, так это то, что существование такого устройства в будущем вполне вероятно. Предоставьте читателю самому разобраться в деталях, если он захочет. На самом деле, таким образом вам может сойти с рук больше, чем если бы вы все объясняли. Гораздо труднее доказать, что что-то невозможно сделать, чем то, что что-то нельзя сделать определенным образом. Точно так же менее вероятны любые сюжетные дыры на тему «почему они не построили устройство X с использованием той же технологии, что и устройство Y», если вы не знаете деталей Y, которые могли бы предотвратить это.

Так что просто возьмите какой-нибудь научно-популярный журнал или почитайте в Википедии о предлагаемых технологиях, связанных с вашим сюжетом, и выясните, что сторонники говорят о том, что они могут сделать, и что критики говорят о своих проблемах. Затем найдите что-то среднее и используйте их для своей истории.

Возьмем ваш пример с квантовой физикой: если вы немного почитаете научные новости, вы обнаружите, что люди говорят о квантовых компьютерах и квантовом шифровании. Про первых, видимо, думают, что они могут взломать любую классическую шифровку, а сейчас это большие экспериментальные устройства, требующие чистых помещений, специального охлаждения и так далее. О последнем они думают, что его невозможно перехватить, но вам нужна линия прямой видимости или прямое оптоволоконное соединение для обмена «запутанными частицами» или чем-то еще (здесь я намеренно туплю).

Этого материала уже достаточно, чтобы создать суровую научно-фантастическую шпионскую историю середины XXI века: агент 008 получает зашифрованное устройство хранения с важной информацией от последних остатков сопротивления в полностью оккупированном Гонконге и каким-то образом должен вернуть его домой. для расшифровки квантовыми компьютерами агентств, и все это без перехвата. Его спутниковая линия с квантовым шифрованием слишком медленная для такого объема данных, все быстрые способы связи отслеживаются, а границы закрыты. Как он может вывезти накопитель из страны, не вызвав международного инцидента? Сколько времени у него есть, пока его противники не заметят, какое сокровище он несет?

Хорошие вопросы и отличные ответы. Я хотел бы добавить, поскольку я люблю хороший научно-фантастический роман, вы должны найти баланс между написанием научной фантастики и реальностью. Можно ли с уверенностью сказать, что вы пытаетесь дополнить квантовую физику фантастикой и магией? Поскольку научная фантастика остается фантастикой, она не сбрасывает со счетов тот факт, что вещи могут происходить в рамках законов логики и разума. Если требование состоит в том, что для понимания происходящего требуется ученая степень в области астрофизики, то вы, возможно, обнаружите, что слишком много объясняете читателю о науке и утомляете его или ее. И наоборот, если ожидается, что читатель ознакомится с научными основами до того, как прочтет ваш роман, то проблем нет. Я хочу сказать, что вы должны стараться избегать того, чтобы это становилось слишком гиковским или занудным. Так что же такое старая добрая научная фантастика? Я говорю, чем больше квантовой физики, тем лучше! Это отделит вас от других представителей научной фантастики, действительно бросая вызов разуму читателя и оспаривая пределы того, что действительно возможно.

Эта история похожа на трилогию Фрэнка Герберта « Дюна » или это что-то вроде фильма «Вспомнить все» . Или ваша история настолько оригинальна, что ее никогда не делали раньше. Это всего лишь пара моих любимых, и я хотел бы перечислить больше, чтобы было легче изобразить, о чем именно вы спрашиваете.

В этом нет никакого «должно», а если бы и было, то это все равно не имело бы почти никакого отношения к писательству.

В широком смысле «написание» — это процесс, для которого «квантовая физика» или любая другая тема обеспечивает некоторое содержание.

Даже если вы планируете написать научно-фантастический роман, ориентированный в основном на читателей, занимающихся квантовой физикой, просто прочитайте то, что ваша поисковая система перечисляет как три или четыре наиболее общедоступных текста.

В противном случае, сделайте это. Кто, кроме квантового физика, бросит вам вызов?