ブラックホールとは何か

ブラックホールって一体なんなのでしょう？僕が聞いたことがある話では、なんでも吸い込む穴。また別の話では、恒星が古くなり、自分の重力で潰れ、なおも重力が増していった星の原型もなくなったただの重力。ワームホールの入り口(?)などです。辞書で調べましたところ、恒星が、進化の最終段階で限りなくくずれ落ち、中心部が光を吸収するほどの超高密度になった天体。だそうです。でもなぜ重力が光を吸い込むのでしょう？

ブラックホールに詳しい方、もしくは豆知識的なものをご存知の方、どんなことでも結構ですので教えて下さい。お願いします。

No.1 回答者： taknt 回答日時： 2002/12/06 23:45

ブラックホールに詳しいと言われても、推測ばかりですが・・・。

行ったことある人なんて いませんからねぇ。
とりあえず、参考ＵＲＬを見てみてください。

参考URL：http://www.sukegawa-j.ed.jp/rika/rika_blackholl. …

この回答への補足

TVでブラックホールのことについてあったので少し興味が出たわけなんですが、かなり興味深いものですね。特に未だに未解明ってところが・・・

補足日時：2002/12/08 19:55

No.2 回答者： craftsman 回答日時： 2002/12/07 00:02

　恒星が、進化の最終段階で限りなくくずれ落ち、光が脱出できないほどの超高密度になった天体。

　これが現在のところブラックホールの正しい（と思われている）定義です。
＞でもなぜ重力が光を吸い込むのでしょう？
　ブラックホールは、光を吸い込む訳ではありません。
　重力が強過ぎ、光が脱出できない状態になっているだけです。
　光ですら脱出できないほど重力が強くなっているがため、外に向けて何も放射されません。
　何も放射されないゆえ、外から見る限りそこには何も無いように見える・・・。
　これが「ブラックホール」の名前の由来です。

　光が脱出できない理由は、光は重力で曲がるからです。
　これは重力レンズ現象で確認されています。
　重力レンズ現象とは、地球と遠くの恒星との間に、たまたま重力の大きい天体があるとき、その恒星の他の観測データから推測されるよりもずっと近く、明るく見えたり、一つの恒星が2つ、3つに見える事があります。
　これを重力によってレンズと同じように光が曲げられる事から、重力レンズ現象と言います。

　光が重力よって、重力の方向に曲がるのであれば、極端に大きな重力下では、光は完全に重力の方向に曲がってしまい、ブラックホール内部から放射された光は全て内向きに曲がってしまいます。
　これが、ブラックホールが光を全く放射しない原理です。

　もちろん・・・人類や人類の作った装置が実際にブラックホールまで行って観測した訳ではありませんし、実際に行く事ができたとしても、到達する前に重力によって潰されてしまうでしょう。
　あくまでも現段階で観測されたさまざまな事実と、理論から計算した結果に過ぎませんが。

この回答への補足

細かい説明ありがとうございます。
「光さえ脱出出来ないない」の原因は重力が内部方向へ曲がるからですね。

補足日時：2002/12/08 19:58

No.3 回答者： hot-tea 回答日時： 2002/12/07 20:28

計算の結果として出てきたブラックホールですが、宇宙の中にあるのか探しています。

ただ、見えないのですね、本体は。もし、すぐ傍にあってその巨大な重力で引っ張られていても、周りも変形している、見ている自分も変形していれば、その本体を知ることはできません。
ブラックホールの周辺にも、巨大な重力は影響していて、その周りのあるものはすごい加速度で引きずり込まれます。なぜか知りませんが、ブラックホールの周辺では、物質が加速されて光が出るそうです。今探しているのは、その大きな光の塊です。その中にブラックホールがあるのではないか、ということです。

この回答への補足

物質が加速されて光が出る原因はNo.4さんが回答してくれてますね。
でも「光の塊」が想像できません。
兎に角、ブラックホールは「計算」によって算出された物とは初耳です。てっきり超重力の天体をそう名づけ始めたと思いました。

補足日時：2002/12/08 20:00

No.4 回答者： satoumasaru 回答日時： 2002/12/07 20:49

ボールを水平に投げてみましょう。

ボールはどうなりますか？　しばらくすると
ボールは地面に落ちてきます。なぜでしょう？　地球の引力があるからですね。
（そんなもの当たり前だって言わないで下さい）

ボールをもっと早く投げることができれば、ボールはおちてきません。（正確に
は落ちているのですが、地球が丸いため落ちてこないのです）　これが人工衛星
なのです。で、もっと早く投げることができれば、地球をまわることなく、その
まま飛んでいってしまいます。そのとき、これ以上まらば、そのまま、飛んでい
ってしまうという速度を脱出速度といいます。落ちてくるのはその重力のためで
すから、重力の強いところでは脱出速度は速くなります。地球では秒速11.18km/
秒ですが、太陽だと617.5km/秒にもなります。

太陽からの脱出速度はすごいものですね。でも光速度は毎秒約29,885km/秒にくら
べればたいしたことはありません。だから太陽からでた光は地球に届くのです。

でも、もっともっと重力の強い天体ではどうなるでしょうか、あまりにも強いと
ついには脱出速度が光速度を上回ってしまいます。こういう星ではどうなるでし
ょうか？　星からでた光は、また星に戻ってしまうか、永遠に星の周りをまわる
だけとなってしまいます。ですからこの星は、光さえも脱出できません。という
ことは、中のものは外にでることができませんし、外から観測した場合、光でみ
ることはできません。こういうものがブラックホールなのです。

重力が光を吸い込むというのは正しくありません。光が脱出できないのです。

ですから、重力だけでいえば、他の星とかわりません。もし、もし「太陽とおな
じ重さのブラックホール」が「太陽」といれかわったとしますね。だったらすぐ
に惑星を吸い込むか？　そんなことはありません。惑星も現在と全く同じ軌道を
まわります。（もっとも、空は真っ黒になり、太陽の熱等は受け取ることはでき
なくなりませんから、私達にとっては大問題ですが。）

ブラックホールを考える場合、正確には一定の条件をつけて一般相対論の重力方
程式をとかなけれならないそうですが、こう考えていただいたらわかりやすと思
います。

この回答への補足

ボールの投げ方から教えてくださって有り難うございますｗ
重力が光を吸い込むというのは正しく無いとの指摘有り難うございます。
他にも色んな情報ありましたら皆様お願いします

補足日時：2002/12/08 20:04

No.5 回答者： satoumasaru 回答日時： 2002/12/09 22:10

ご要望にそって、再度お話させていただきます。

＃４の回答ですが、やや大まかに書きすぎたきらいがありました。
まず、重力と質量が違うということです。質量は一定ですが、質量によってもた
らされる重力は、場所によって異なります。具体的にいえば、重力はその重力を
もっているものからの距離によってことなります。万有引力の法則では、引力は
距離の自乗に反比例するというものでしたね。

だったら、距離が近くなればなるほど、引力は強くなります。そして表面で一番
強くなります。その中にはいっていけば、かえって引力は弱くなってしまいます。
だって中心から引っ張る物質が少なくなってしまいますよね。だから、たとえば
地球の真ん中では「無重力」になってしまいます。

でも、物体の半径がうんとうんと小さければ、その表面がうんと小さければ重力
はどんどん強くなります。たとえば現在の地球と同じ質量で、半径が半分になっ
たらどうなると思いますか？　万有引力の場合の距離は、物体の重心から重心ま
での距離ですので、地表から中心までの距離が半分になれば地表の引力＝重力は
４倍になります。もし１００分の１になれば、１万分の１になります。

でも物質はきわめて頑丈です。ちょっとやそっとで圧縮なんかされないですよね。
ですから、地球のように地殻のあるものはブラックホールになんかできません。

しかし、ブラックホールになりそうなものがあります。それが恒星なのです。恒
星はきわめて巨大なガスの塊です。重力も膨大です。このままではすぐにつぶれ
てしまうのですが、この巨大な重力に抗して恒星を支えているのは、ご存じのと
おり、核融合によるエネルギーです。

核融合では、軽い原子から重い原子をつくり、そこで質量エネルギーを解放して
巨大なエネルギーをつくっています。最初は水素からヘリウム、ヘリウムから炭
素、さらには炭素から酸素等々、最終的には鉄までつくります。（蛇足ですが、
私達の体をつくっている原子で水素とヘリウム以外はすべてこうして星のなかで
つくられたものです）、真ん中に鉄、その次に重い原子、その次に・・一番表層
には、水素の層が残っているという状態になります。

ところが、鉄までつくると、もうこれ以上は核融合はできなくなります。そして
エネルギーが生まれなくなるために、不安定になり、ついには、つぶれてしまい
ます。（正しくは、鉄がエネルギーを吸収して軽い元素が作成される、エネルギ
ーをもった膨大なニュートリノが発生する等といわれています。）

つぶれてしまうといっても、一番外側には水素が残っています。高熱のところに
水素が一挙にいくわけですから、大爆発が起こります。これが超新星です。
その際に、多くの部分は飛び散ってしまうのですが、その衝撃で芯の部分はより
圧縮された状態になります。中性子の力で支えられる範囲ならば中性子星になる
のですが、中性子星であっても、芯の部分が太陽の１．４倍の大きさがあれば、
もう中性子の力で支えることはできません。もうあとは重力崩壊してどこまでも
ちいさくなってしまいます。これがブラックホールです。

先ほど述べたように、同じ質量でも半径が非常に小さいと重力が大きくなるとい
いました。ですからこのようなブラックホールができれば、その近くでは重力が
途方もなくおおきくなるのです。そのため時間が遅れる、光がでない等の不思議
な現象がおこるのです

No.6 ベストアンサー 回答者： hot-tea 回答日時： 2002/12/10 19:39

＃３です。

ちょっと追加します。

・光はどの方向にも一定の速度で進む。
・光より速いものはない。
この観測結果から、アインシュタインは特殊相対性理論を考えました。

・重力加速度と運動加速度が同じである。
これとその他の実験結果から、一般相対性理論を考えました。

この理論から、光は曲がったり、質量で空間が歪むことがわかりました。
そして今までわからなかった水星の近日点の移動や、木星食の時間のずれが、太陽の質量で空間が歪むことでおこり、相対論で正しい計算ができました。
そこで相対論を解こうとした人がいて、誰か忘れましたが、あまりに巨大な質量になると光すら出れない空間の特異点が答えのひとつに見つかりました。
そしてどれだけの質量があればどの大きさであるかまで計算されるようになりました。それがブラックホールと名づけられ、宇宙空間を探すようになったのです。

だから、これがブラックホールでこんな性質だといえないのです。この計算が最近では新しい方法で他への空間につながっているとか、入ったら出れないという境も、確率で行き来しているといわれたりしてます。いろんな性質があると思います。

一般相対性理論もいろんな解が出されたり、また超弦理論なども出てきています。これから宇宙論はどうなるのでしょうか。