Визуализация червоточин без встраивания пространства-времени

Общая визуализация

Червоточины часто «объясняют» такой визуализацией, где пространство-время сводится к двум пространственным измерениям:

( Источник )

Проблема с этой визуализацией

Меня уже довольно давно беспокоит, как это подразумевает существование четвертого пространственного измерения — поскольку Вселенная (или пространство (время)) искривлена ​​в трехмерном пространстве в этом двумерном представлении (пространство-время здесь двумерное), это кажется подразумевают для меня, что если бы мы «добавили» пропущенное третье пространственное измерение, кривизна для существования червоточины должна была быть в четвертом пространственном измерении (без учета времени, пока). Или вообще для н -мерное пространство-время, нам нужно н + 1 размеры для работы червоточины. По крайней мере, об этом говорят эти визуальные эффекты.

Кривизна в ОТО

Проблема в том, что в общей теории относительности в большинстве случаев не предполагается, что пространство-время встроено в какое-то более высокое измерение (см., например, мой предыдущий вопрос «Почему ОТО не нуждается в более высоком измерении для описания искривления пространства-времени? »); вместо этого кривизна, объясняющая гравитацию, является внутренней. Кажется, что червоточины не являются исключением: являются ли червоточины свидетельством перехода в более высокое измерение?

Некоторые другие визуализации искривления пространства (времени)

Для «нормальных» масс, искривляющих пространство-время, существуют и другие иллюстрации, подобные этой:

введите описание изображения здесь

( Источник )

которые, я думаю, немного лучше – кривизна времени по-прежнему игнорируется, но, по крайней мере, иллюстрации избавляются от «лишнего» пространственного измерения, которое, как считается, не существует.

Я даже нашел это видео , которое утверждает, что включает кривизну времени в дополнение к кривизне 3D-пространства выше:

(из видео, ссылка на которое приведена выше, щелкните здесь , чтобы просмотреть GIF в более высоком качестве)

Я не уверен, правильно ли это концептуально, но это не мой вопрос — давайте сосредоточимся на искривлении пространства, чтобы объяснить червоточины.

Вопрос

Как можно описать или, скорее, визуализировать червоточины, не встраивая пространство-время в какое-то более высокое измерение? Как я уже сказал, все визуализации червоточин, которые я видел до сих пор, нуждаются в дополнительном пространственном измерении.

Моя идея

Есть ли какое-либо визуальное представление червоточин, подобное второму изображению, которое показывает кривизну как искажение сетки? Единственной идеей, которая у меня была, была какая-то «трубка» между двумя точками, где линии сетки расположены по-разному, но это означало бы, что что-то «вне» этой трубки могло бы в каком-то смысле с ней «столкнуться». Кажется, это не имеет смысла. В частности, как можно добраться из одного места в другое, фактически не делая этого (т. е. преодолевая меньшее расстояние)?

Моя попытка визуализировать мою идею:

Примечание

Я знаю, что для полного понимания искривления пространства-времени или ОТО нужно изучить его математически, хотя на данный момент у меня, как у старшеклассника, нет необходимых предпосылок. Хотя я знаю, что в таких случаях визуализации не следует воспринимать буквально, по моему мнению, они могут дать хорошую концептуальную интуицию, насколько это возможно.

TL;DR

(Как) можно визуализировать червоточины, не встраивая пространство-время в более высокое измерение?

(Я не обязательно требую, чтобы визуализация имела 3 пространственных измерения — 2 тоже было бы хорошо. Кроме того, сейчас меня больше интересует кривизна пространства , поэтому время тоже можно было бы опустить, что также должно упростить визуализацию червоточина)

Проблема в том, как сделать связь ясной. В 2D вы можете представить две отдельные черные дыры в плоском пространстве, заставив пространственную сетку обеих дыр изменяться во времени, так что материя втягивается обеими дырами. Теперь червоточина — это постоянное решение расширенной метрики Шварцшильда, в котором может присутствовать белая дыра (белая дыра — это обращенная во времени черная дыра, которая существует только в теории). Все оставляет белую дыру (вместо того, чтобы ничто не покидало черную дыру). Но какое из двух отверстий в червоточине черное, а какое белое?
Привет Йонас. Эта ссылка является попыткой моделирования червоточин на компьютере. Я думаю, это может быть интересно для вас. В Worldbuilding SE также есть интересное обсуждение: как довольно точно визуализировать червоточину? .
Я бы предположил, что вашим шагом к обретению хорошей интуиции было бы изучение математических концепций топологии и того, что значит сказать, что пространство «односвязно» или «не просто связно».
Я вижу и другие проблемы с такой визуализацией, то есть как все пространство-время должно удобно развернуться, чтобы встретиться с другим концом червоточины, изгибаясь так же, как и внутри червоточины.

Ответы (3)

Возможно, здесь нет нужных вам подробностей, но в книге Шона Кэрролла « От вечности до здесь » он использует следующую аналогию:

«На самом деле есть гораздо более интуитивный способ представления червоточины. Просто представьте себе обычное трехмерное пространство и «вырежьте» две сферические области одинакового размера. Затем отождествите поверхность одной сферы с другой. То есть, провозгласить, что все, что входит в одну сферу, немедленно выходит из противоположной стороны другой... каждая сфера является одним из устьев червоточины. Это червоточина ровно нулевой длины; если вы входите в одну сферу, вы немедленно выходите из другого (Слово немедленно в этом предложении должно вызывать тревогу - мгновенно кому ? )"

( Отрывок свеж в моей памяти, так как я только вчера прочитал его )

Это определенно хорошее начало и лучше, чем двухмерные иллюстрации, хотя мне интересно, как эта аналогия может работать, если червоточина имеет ненулевую длину — как тогда можно попасть из одной сферы в другую?

Червоточины - странные звери. Их много разных видов, и, будучи гипотетическими и полными потенциальных проблем, их нелегко понять и визуализировать. Во всяком случае, вот мои два цента, основанные на картинках и условиях, которые вы поставили: введите описание изображения здеськак указал Марк, используя слова Кэррола, вам нужно идентифицировать что-то в вашем пространстве-времени, чтобы сделать червоточину, подобную той, что на первой картинке вашего поста: это странная концепция для понимания без надлежащей математики, но основная идея состоит в том, что идентифицированные точки на двух (суб)многообразиях являются одной и той же точкой. На этом рисунке вам нужно определить самую внутреннюю окружность червоточины. Обратите внимание, что вам нужно определить окружность, а не круг: (розовый) кругне в нашем пространстве-времени (точно так же, как внутренний «объем» формы песочных часов на диаграмме вложения не находится в нашем пространстве-времени). Я добавил несколько цветных путей, чтобы показать, как они будут выглядеть во встроенной и невстроенной версиях:

  • желтый: далеко от червоточины, пространство плоское;
  • оранжевый: вблизи червоточины пространство искривляется, как вблизи черной дыры;
  • синий, зеленый, красный: кривые, которые касаются идентифицированной окружности, продолжаются на другой ее «стороне» в том же направлении.

Ваша попытка интересна (и это тоже была моя первая идея), но я думаю, что она упускает из виду основную точку червоточины, переходя из одного места в другое, не путешествуя в пространстве (времени) между ними (между в стандарте, не- червоточина, смысл).

Если есть две соединенные черные дыры (связь осуществляется с помощью экзотической материи), образующие червоточину, вы можете сделать связь между ними видимой, показав на своем рисунке радиусы Шварцшильда обеих дыр (например, красные круги). Для червоточины эти радиусы одинаковы в обоих устьях. То же самое показывает связанность дыр, так что это покажет вам, что есть червоточина. поэтому вместо того, чтобы рисовать между ними трубку, достаточно будет двух равных радиусов.
Итак, на вашей картинке с красными соединенными кругами вам не нужно их соединять. Достаточно будет двух кругов одинакового радиуса. Кроме того, вы можете дать им одинаковый цвет, чтобы указать, что они имеют одинаковые радиусы.

Обратите внимание, однако, что червоточина, как говорят, состоит из белой дыры и черной дыры. Однако они могут существовать только в том случае, если черная дыра связана с белой дырой за пределами нашей вселенной, поскольку белая дыра существует только в том случае, если время обращено вспять, чего, очевидно, не может быть в нашей собственной вселенной. Так что материя, которая идет не в черную дыру, никогда не сможет выбраться в нашу собственную вселенную. Как это показать на картинке - задача не из легких...

Визуализация червоточин без встраивания пространства-времени
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v