¿Cómo funciona el espacio entre los extremos de un agujero de gusano?

Estoy escribiendo un sistema de puertas basadas en agujeros de gusano para permitir el "viaje rápido" en un entorno de futuro lejano. Mi descripción es una extrapolación de la forma en que entiendo la experiencia de un flatlander de la siguiente ilustración de un agujero de gusano de Ellis :

imagen de agujero de gusano de ellis

En este momento, hay las siguientes preguntas específicas sobre las que no estoy seguro de si mi interpretación es correcta:

  1. ¿Tengo razón en que hay un ancho máximo de "apertura" en la garganta del agujero de gusano? ¿Y que una nave que era demasiado grande pero que se forzó a sí misma a través esencialmente llenaría toda la garganta, "dando vueltas" en este espacio deformado no euclidiano dentro del agujero de gusano y chocando contra SÍ MISMA, aplastándose a sí misma?
  2. ¿Tengo razón en que los objetos de suficiente dureza (es decir, falta de elasticidad) se agrietarían/pulverizarían cuando fueran forzados a través de un agujero de gusano debido a la curvatura del espacio?
  3. Si es así, ¿se "resistirían" antes de ir al espacio con una mayor curvatura? Como en, ¿un diamante dentro de un barco que pasa a través de un agujero de gusano fuertemente curvado (parecería) responder a alguna fuerza que impidiera que se moviera más sin romperse? Es decir. el diamante comenzaría a moverse hacia la parte trasera de la nave a medida que la curvatura del espacio lo empujaba con más fuerza que contra los materiales más blandos de la nave.

En aras de la exhaustividad, aquí está la descripción completa tal como la tengo planeada en este momento.

Una red de puertas se extiende por las partes conocidas de la galaxia. Estas puertas vienen en varios tamaños, pero siempre tienen forma de anillo. Los anillos consisten en tecnología antigua, autoalimentada y autorreparable que aún no ha sido entendida por las civilizaciones modernas. El área circunscrita por el anillo contiene un campo esférico que se parece mucho a una pompa de jabón, con varias distorsiones de colores que se mezclan y se desplazan lentamente. Sin embargo, a diferencia de una pompa de jabón, uno no puede ver a través de este campo; en cambio, la burbuja opaca actúa como un espejo, mostrando un reflejo del espacio circundante.

Lo que sabemos de ellos es que vienen en pares (la puerta correspondiente es siempre del mismo tamaño) y funcionan como agujeros de gusano. El espacio entre las puertas presenta altos niveles de distorsión geométrica, pero por lo demás es seguro atravesarlo sin ningún equipo especial.

Debido a esta distorsión geométrica, existe un tamaño máximo para los barcos que pueden usar una puerta (que es más pequeña que el tamaño de la esfera de la puerta). Piense en las puertas como entradas a los túneles, siendo el ancho del túnel en la parte más estrecha el factor limitante. Por supuesto, dentro de este espacio distorsionado no hay paredes como tales, las paredes del túnel simplemente representan el lugar donde el espacio comienza a dar vueltas sobre sí mismo, y una nave que es demasiado grande corre el riesgo de chocar o incluso aplastarse.

La curvatura geométrica del espacio entre las puertas ha sido y sigue siendo un importante campo de estudio para garantizar la seguridad de los viajes entre puertas. Las naves espaciales convencionales y la mayoría de las formas de vida generalmente no corren ningún peligro al usar una puerta, pero los materiales con una dureza muy alta (diamantes y más duros) se pulverizan espontáneamente cuando se transportan a través de puertas con una curvatura relativamente alta.

Como regla general, el tamaño mínimo de una puerta se define por el ancho mínimo del túnel y la cantidad máxima de curvatura; cuanto más grande es una puerta, más ancho puede ser el túnel con la misma curvatura máxima o, por el contrario, cuanto más grande es una puerta, menor puede ser la curvatura cuando no cambia la apertura del túnel.

Se teoriza que las burbujas modulan el tamaño y la curvatura y mantienen estables los agujeros de gusano que las conectan. Quizás la civilización que creó estas puertas tenía formas de cambiar estos parámetros de las puertas existentes, pero hasta donde se sabe actualmente, las puertas son estáticas en curvatura y ancho de apertura. Se han encontrado puertas inactivas y rotas, algunas de las cuales tenían diminutos agujeros de gusano regulares, que carecían de la burbuja distintiva, en su centro.

@AndreiROM Creo que puedes estar confundiendo agujeros de gusano con agujeros negros. Los agujeros de gusano a) no absorben cosas, b) definitivamente TIENEN otro lado, yc) no descomponen las cosas en átomos. Los agujeros negros hacen todas esas cosas.
Creo que está cometiendo un error al crear sus puertas y luego ajustarlas a una teoría, en lugar de comenzar desde una teoría y extrapolar a una idea.
Hay muchos modelos teóricos de agujero de gusano. No puedo entender cuál es el más cercano a la descripción de op. Si está usando uno descrito, publicar un nombre y hacer que la descripción coincida bien haría que esto sea responsable. Si se lo está inventando, lo siento.
@Kys Básicamente estoy usando esta explicación gráfica común de un agujero de gusano y extrapolando los efectos que experimentaría un flatlander en eso, a nuestro mundo tridimensional.
Lo estás extrapolando mal, me temo. La respuesta de Thorsten incluye la extrapolación adecuada a 3d
El OP puede estar un poco confundido por la multitud de modelos disponibles. El modelo simple del puente Einstein-Rosen es inestable y podría colapsar con tan solo un fotón que ingrese a la garganta del agujero de gusano. Las soluciones más recientes requieren el uso de materia exótica como negativa para mantener abierto el agujero de gusano. Sugeriría que el OP edite la pregunta para que sepamos de qué está hablando exactamente.
Estoy un poco confundido sobre cuáles son las diferencias entre mis extrapolaciones y las de @Thorsten. Me parece que las cosas que dice no son incompatibles con las cosas que digo, excepto por la curvatura.
Aquí hay un video de simulación muy interesante de un agujero de gusano transversal: youtube.com/watch?v=SZDOKtT_QZE
Desearía tener el privilegio de votar ese comentario porque es un video muy bueno.
@Vaesper Dato curioso, si intentara pasar un objeto más grande que el agujero de gusano, el objeto se estiraría hasta el infinito. Si tuvieras un objeto tan maleable, podrías atravesar un agujero de gusano más pequeño. O sería estirado en múltiples piezas.
@ Bloc97, ¿podría dar más detalles o vincularme con más información?
Sugeriría mover esto al intercambio de pila de física, las preguntas sobre los agujeros de gusano de Ellis se responderían mejor allí.
Me inclino a dejar esta pregunta cerrada. Se ha publicado en Physics Stack Exchange y tiene una respuesta. No veo la necesidad de que lo volvamos a abrir y crear más confusión.
Estoy de acuerdo, creo que es más apropiado allí. Abrí la pregunta allí después de reformular esta porque el acto de reformular me hizo darme cuenta de que en realidad era más una cuestión de física que de construcción del mundo (planeo usar las implicaciones de las propiedades mecánicas de estas puertas para informar cómo las sociedades construirse a su alrededor). He aceptado la respuesta a continuación, ya que me indicó la dirección correcta y me ayudó a encontrar la terminología correcta.

Respuestas (2)

El artículo de wikipedia ya muestra un agujero de gusano Ellis (atravesable) modelado:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Debo admitir que tendría problemas para usar esa cosa. :)

Pero esencialmente, los agujeros de gusano solo existen en dimensiones superiores a la dimensión en la que se crearon. Eso significa que la entrada no es un agujero 2D, sino una esfera 3D, puede ingresar desde cada dirección y salir desde cada dirección. Esencialmente, también tiene mucho más sentido que los agujeros de gusano de Hollywood como Stargate:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Porque usar un plano como separador fuerza una progresión de un lado al otro, lo que plantea la pregunta de cómo algo que pasa la barrera no se separa inmediatamente (una parte está repentinamente a un mundo de distancia). Un agujero de gusano correcto no tiene barrera , puedes entrar y salir de él continuamente a tu antojo.

Tiene límites que no se pueden violar, por lo que si algo es demasiado grande, no podrá pasar (al menos no sin colapsar el agujero). El túnel en sí consta de al menos una entidad de 5 dimensiones (sí, literalmente, hiperespacio), por lo que si está dentro del túnel, los efectos son desconocidos, pero la luz y la materia deberían pasar y también el tiempo se siente normalmente.

Olvídese sólo de la cosa con la curvatura del espacio-tiempo. No hay efecto sobre los materiales, recuerde que la cosa tiene una dimensión más de lo normal (5 dimensiones que contienen espacio-tiempo 4D), por lo que no restringe nada de lo que se transporta. Ambos extremos podrían estar en conjuntos de tiempo y ubicación completamente diferentes.

Si bien un agujero de gusano de Ellis no muestra signos de gravitación porque fue construido específicamente para hacerlo, algunos otros agujeros de gusano pueden no ser tan implacables. Lo que un viajero puede experimentar con el espacio-tiempo curvo en la zona de transición que crea el efecto de vértigo es una gravitación muy fuerte. Entonces, una vez que te acerques demasiado a otros agujeros de gusano que no sean el caso de Ellis, serás absorbido literalmente. Dependiendo del tamaño y las dimensiones, podría provocar una espaguetización mortal o solo una fuerte aceleración. El principal problema de atravesar un agujero de gusano será salir de nuevo del agujero de gusano.

Gracias por vincularme con el agujero de gusano de Ellis, parece que mi comprensión se basa en ese modelo (sea correcto o no). Agujero de gusano Ellis Tiene razón, la entrada sería una esfera 3D (como se indica en mi pregunta). ¿Me equivoco al ver el gráfico de arriba, hay un ancho limitado en la parte más angosta, donde un barco que es demasiado ancho daría la vuelta al ancho del túnel y se aplastaría a sí mismo? ¿O también dices eso? ¿Qué dices de la curvatura? A mi modo de ver, el interior del túnel no sería euclidiano, es decir. curvo.
Parece que he dado la impresión de que las puertas son bidimensionales. Inicialmente no incluí su descripción en mi pregunta porque parecía irrelevante, pero aquí está: "[Las puertas] vienen en varios tamaños, pero tienen forma de anillo consistente. El área circunscrita por el anillo contiene un campo esférico que parece muy muy parecido a una pompa de jabón, con varias distorsiones coloridas que se mezclan y flotan lentamente". Esta burbuja de "barrera" es en realidad un campo de fuerza que modula el tamaño y la curvatura del agujero de gusano; sin él, el agujero de gusano sería diminuto o colapsaría por completo.
En realidad, esa última edición agrega algo incorrecto. Según el artículo de wikipedia ; "El agujero de gusano de Ellis es el caso especial del agujero de drenaje de Ellis en el que el 'éter' no fluye y no hay gravedad". No existe tal cosa como ser absorbido por un agujero de gusano de Ellis.
@Vaesper Ups, correcto.
Hay una cosa que todavía no entiendo sobre tu publicación; su afirmación debería olvidar la curvatura y que "No hay efecto sobre los materiales [...] no restringe nada de lo que se transporta". La geometría parece curvarse a partir de mi extrapolación de la representación 2D y esto está corroborado por wikipedia. Piensa en esto, de esta manera; si tratara de formar la superficie de una pelota con un material flexible, pero no estirable, tendría que romperse en pedazos pequeños para que funcionara. Cuanto menos estirable sea el material, más pequeñas deberán ser las piezas.
Creo que la intención es esa: la flexibilidad de su viajero/nave espacial no está en cuestión porque desde una perspectiva 3D/4D no se distorsionan. Es un poco como, si tienes un trabajo en 2D (3D con el tiempo) y lo envías por correo en nuestro mundo 3D (4D), el viaje por el que pasa no lo altera de una manera que pueda medirse desde su propia perspectiva. .
Correcto, pero eso es porque simplemente está DOBLADO, no ESTIRADO. En la analogía de la letra, puedes doblar una letra alrededor de un cilindro sin problema, pero si tratas de encajarla perfectamente en la superficie de una bola, tendrás problemas. Esta es también la razón por la que las proyecciones cartográficas son tan problemáticas; un mapa 2D plano simplemente no puede encajar perfectamente en la superficie de una esfera 3D sin estirarse. A mi modo de ver, la nave espacial se estiraría si no la extrapolo mal. Cuanto mayor es la dureza de un material, menos capaz es de soportarlo sin romperse.
@Vaesper Releí cómo se supone que funcionan los agujeros de gusano y reinserté el texto después de que quedó claro que pueden existir otros agujeros de gusano menos indulgentes. Sobre la flexión/estiramiento, creo que lo estás extrapolando mal. El mapa 2D plano no se ajusta a la superficie de una esfera 3D (¡que es 2D de nuevo!), se ajusta a la habitación de la esfera. Y ahí, mientras la esfera sea lo suficientemente grande, no surge ningún problema. Así que no hay flexión/estiramiento de moléculas.
@ThorstenS. bastante justo, puede ser información valiosa para otros que tropiezan con esta pregunta cuando intentan aprender sobre este tipo de tema. En cuanto a la curvatura, todavía no entiendo lo que intentas decir. Ajustar el mapa 2D a la "sala de la esfera" no tiene ningún sentido para mí. ¿Sospecho que es una expresión alemana? La única interpretación que se me ocurre es que está proponiendo ajustar una forma 2D (plana) a un volumen 3D, lo cual, bueno, no veo cómo funcionaría.
@Vaesper No quise decir "encajar" en el sentido de ajustar algo en forma, me refiero simplemente a "dentro" de la esfera. Digamos que tenemos una línea. Una línea se puede dibujar en cualquier ángulo en el plano. Un plano puede tener cualquier orientación en 3D. Por lo tanto, siempre que el ajuste tenga una dimensión más, nunca se producirá una distorsión. Puede suceder que las cosas de menor dimensión no tengan suficiente espacio porque la D alta está limitada (en este caso, algunas cosas demasiado grandes no pasarán), pero de lo contrario no hay distorsión.
@ThorstenS. El "ajuste de una superficie 2D plana en una esfera" era simplemente una analogía que explica por qué el espacio 2D de curvatura positiva constante (la superficie de la esfera) es inherentemente incompatible con el espacio 2D de curvatura constante 0 ( geometría no euclidiana frente a euclidiana) y eso uno no puede mapear uno sobre el otro sin estirar. Estoy argumentando que el espacio dentro del agujero de gusano no es euclidiano (por la forma de silla de montar del agujero de gusano 2D parece tener una curvatura negativa) y que un diamante en su mayoría euclidiano tendrá problemas para pasar.
@Vaesper Cuando el espacio-tiempo se deforma, las cosas también se deforman, pero pueden moverse libremente a través del espacio-tiempo y, por lo tanto, volverán a la forma que "quieren" tener si así lo desean. El diamante podría verse ligeramente afectado pero, a menos que el agujero de gusano fuera muy pequeño, la tensión causada por esta distorsión probablemente (léase: cálculo aproximado) no sería suficiente para romperlo, a menos que el diamante fuera muy grande.
Hola, pregunta: ¿Cuál será la 5ª dimensión? ¿Cómo lo caracterizamos? ¿Y cómo se relacionaría con las otras cuatro dimensiones del espacio-tiempo? Sinceramente, tengo curiosidad por esto.

De los comentarios sobre la excelente respuesta resumida de Thorsten S., parece que todavía tiene preguntas específicas: abordaré solo eso, sin volver a repasar el resto.

Por lo general, está bien trabajar en una analogía de tierra plana para que pueda visualizarla y hacer modelos físicos, como con su imagen.

Hay algunas dudas sobre si los elementos en el espacio perciben la misma curvatura y distorsión que ve en su modelo de hiperespacio. La respuesta es que no tiene por qué ser lo mismo.

Comience con un modelo de hoja de goma de un avión. Dibuje su cuadrícula XY en él, y esta se convierte en su métrica . Enrolle la sábana y los ciudadanos no sabrán ni les importará. Estire y distorsione la hoja, y le parecerá divertido; pero la métrica es lo que controla la experiencia para los que están adentro . Las reglas del Sr. A.Square se estirarán en la misma cantidad, y a él solo le importan las marcas que pasan, no cómo las ve usted. Imagen mirando el avión a través de un espejo de la casa de la risa: no afecta al avión en sí.

Ahora, si hiciera agujeros en el plano de modo que se cortaran algunas líneas de cuadrícula, lo notarían en el interior. Si distorsiona la topología de la métrica de modo que no sea euclidiana , lo notarán.

En el caso de un agujero de gusano, tiene una característica topológica que restringe cómo puede dibujar su métrica. Al acercarse al puente, tiene la opción de tener límites abruptos donde las líneas de cuadrícula acaban de terminar, o una geometría hiperbólica donde las líneas paralelas se comprimen (el caso que ilustra).

Sí, un objeto puede ser demasiado grande para pasar y se enrollará de modo que el borde derecho chocará con el izquierdo; Podrías extender la mano y tomar nuestra propia mano.

Debido a que las líneas paralelas convergen (o divergen al salir), un barco se apretará y estirará cuando los costados del barco, que inicialmente toman rumbos paralelos, se fuerzan a unirse. Un barco grande debe viajar lo suficientemente lento para lidiar con las tensiones resultantes, ¡y quizás estar construido con juntas para absorber esto!

Excelente respuesta, encaja con mi modelo mental e incluso me lleva a algunos nuevos pensamientos interesantes. Una posible solución para barcos grandes que quieren atravesar agujeros de gusano relativamente pequeños, ya que cuanto mayor sea la relación "tamaño del objeto"/"tamaño del agujero de gusano", más distorsión experimentará un objeto, es tener regiones estirables en el casco. Uno podría imaginar un blindaje en forma de escamas que en el espacio normal encajan entre sí, pero en un agujero de gusano la "piel" que mantiene unidas las escamas se estira para adaptarse a la curvatura. Además, solo los diamantes pequeños podían pasar sin romperse.
Sin embargo, algunas cosas (menores) de las que no estoy seguro. En primer lugar, sí, es cierto que teóricamente se podría estirar un plano de goma de tal manera que la métrica no se distorsione (estiramiento uniforme en 1 o ambas dimensiones, por ejemplo). Sin embargo, estirarlo y distorsionarlo a la manera de un espejo de la casa de la risa constituye una geometría no euclidiana, si no me equivoco.
La alternativa que diste de cortar líneas de cuadrícula; ¿Quiere decir "unir" una estructura similar a un agujero de gusano a partir de piezas discontinuas del espacio euclidiano local? Si lo estamos visualizando en 2D, serían 2 hojas planas de papel con agujeros circulares, conectadas por un rollo de papel higiénico. Entonces, en los bordes entre el papel y el rollo de papel higiénico, uno tendría un anillo (en 3D: una esfera) de espacio con una enorme curvatura negativa. Por otra parte, podría hacer los agujeros y el papel higiénico cuadrados y pasar por cualquier área que no sea esquina sin problemas. Sin embargo, parece un poco más allá de lo "razonablemente creíble".
Cortar líneas de cuadrícula: quiero decir que esto aparece como un borde duro donde termina el espacio.
Estaba hablando de la parte "Al acercarse al puente, tienes la opción de tener límites abruptos donde las líneas de cuadrícula simplemente terminan", la mezclé con la otra parte porque no me di cuenta de que no te referías al mismo fenómeno.
Una esquina es un caso especial de líneas paralelas divergentes. Dos puntos en lados opuestos de una barra se mueven en paralelo cuando la barra se acerca a la puerta; uno pasa y el otro no llega a la puerta; la varilla está cortada. Esto no es "suave".
Sí, me referí a esta "falta de suavidad" como discontinua, lo que en realidad no es técnicamente correcto. Lo que estaba buscando era el término no diferenciable, en el sentido de que hay una discontinuidad de salto en la derivada. En términos menos matemáticos, hay una torcedura en la geometría. Aquí hay una ilustración de lo que quiero decir, el círculo rojo muestra la "puntada" o "torcedura" o como quieras llamarlo.
Sí estoy de acuerdo. Ninguna dirección espacial llega a un final abrupto, pero las direcciones espaciales cercanas no permanecen igual ni cambian gradualmente a medida que las sigues. Sin embargo, no es fácil explicar de qué estás tomando la derivada. Agregué enlaces a mi publicación.
¿Cómo funciona el espacio entre los extremos de un agujero de gusano?
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