ブラックホール

Question

の中には何があるのですか ?
何でも吸い込んでしまうと、お腹いっぱいとなりますが、何時になれば終わりですか ?
ど素人です。

satoumasaru · Accepted Answer

はじめまして、ブラックホールの中はどうなっているかという問題ですね。

ブラックホールの中の慣性系は光速よりもはやく中心部に落ち込んでいます。
ブラックホールの外側の物体も事象の地平を越えれば、分子は原子に分解し、さらに原子も素粒子に分解され、どんどん中心部の特異点に集まると考えられています。じゃあ特異点に集まったものはどうなるか、どんどん無限小の大きさになっていきます。
特異点は重力が無限大になる、特異点は無限小になる、特異点にいった物質は全く別の宇宙に出現する解もありますが、確実なことは言えません。
また、一般相対論では無限小という解しかでてきませんが、量子力学でいえばはたして無限小というのがありうるかどうかは疑問です。
要は、特異点は現代の物理法則ではわからないということです。

＃１さんがおっしゃっているエディントン限界というのは、ブラックホールから光の輻射圧があまりにも強力なため、ブラックホールに吸い込まれるガスがそれ以上落ち込まないという現象なのですが、エディントン限界そのものがブラックホール周辺のガスが球対称であることを前提としていること、エディントン限界そのものもがブラックホールの質量に比例すること、条件があればエディントン限界の１０倍ぐらいのガスがブラックホールに落ち込むことがコンピュータシミュレーションで明らかになっています。何でも吸い込んでしまってもおなかいっぱいにはなりません。きりがないのです。ただ、実際的には周りにガスがなければ、それ以上大きくなることはできないですが。

なお＃２さんがふれられているとおり、ブラックホールといえども永遠の命があるわけではありません。ブラックホールも量子力学で計算すれば、事象の地平面から粒子を放出し、「蒸発」をします。これは車椅子の天才ホーキング博士が証明をしました。おおきなブラックホールにおける「蒸発」はごくわずかで、小さくなればなるほど激しく「蒸発」をします。もっともこの「蒸発」はまだ観測されていません。

何かご質問があれば私の知っている範囲でお答えしますよ。

satoumasaru · Answer

#4,#5です。

ひとつ補足しておかなければなりませんでした。

ブラックホールの中心部分は「無限小」の特異点になるといいましたが、これは一般相対論で計算する限り必然的にそうなります（ペンローズ・ホーキングの特異点定理）。
しかし、一般相対論では量子論的な効果を考慮していませんので極微の世界になるとどこまで一般相対論が通用するかという問題はあります。

特殊相対論を考慮した量子論はすでに完成していますが、重力の法則である一般相対論と量子論については非常に折り合いがわるく、多くの研究者が挑戦しましたがいまだ完成していません。現在、そのもっとも最有力とされているのは超弦理論（超ひも理論）ですが、まだこの理論も完成されているわけではありません。なにしろ数学的な取り扱いが非常にむずかしく、実証することも非常に困難なのであり、一般相対論や量子論のような定説といえるとこまでは至っていないのが現状です。

なお光子理論という熟語は私は寡聞にして聞いたことがありません。

後鳥羽一郎 · Answer

あくまで、光子理論では、だろうの世界

kothimaro · Answer

ブラックホールは大きさの無い点(特異点)ではありません。この宇宙の最大の密度はプランク距離立方(プランク体積)にプランク質量があるプランク密度です。
ですから、ブラックホールと言えどもプランク密度より高密度になることはありません。

では、ブラックホールの密度と大きさを考察します。
　恒星は自己重力が強いのですが、核融合反応による爆発力により、双方の力が釣り合い一定の大きさを保っています。

しかし、核融合反応が終わると自己重力のみとなります。質量が太陽の約30倍以上ある星の場合、自己重力により核が収縮（重力崩壊）を続けます。つまり、自分自身の中に落下し続けます。この様にして、非常に小さいけれども巨大質量を持つブラックホールが出来上がります。

太陽の質量は、(1.9891×10^30)㎏ですから、太陽の30倍の恒星の質量は(5.9673×10^31)㎏です。この様に、ブラックホールは無限大の質量を持つ訳ではありません。

では、どこまで重力崩壊を続けるのでしょうか。太陽の30倍の質量が全てブラックホールになった場合を想定して、そのブラックホールの大きさと密度を求めて見ます。

超ひも理論では、物質を構成する基本粒子は、1本の超ひもの振動として表現されます。
 　１本の超ひもの長さはプランク長Lp(1.616229×10^-35)mです。その上を振動が光速c(2.99792458×10^8)m/sで伝わります。１本の超ひもの端から端まで振動が伝わる速さがプランク時間Tp(5.39116×10^-44)sです。従って、
 ①c=Lp/Tp=(1.616229×10^-35)m÷(5.39116×10^-44)s=(2.99792458×10^8)m/s
 です。

また、１本の超ひもの振動数が多くなるほど質量が増えエネルギーが増します。そして、最短時間であるプランク時間に1回振動する超ひもが最も重く最もエネルギーが多くなります。この時の振動回数は、(1/Tp)回/秒です。
 　そして、
 1本の超ひものエネルギー=換算プランク定数hバー(1.054364×10^-34)Js×1秒間の振動数
 です。従って、
 最大振動数の1本の超ひものエネルギーE=hバー/Tp=(1.956150×10^9)J
 です。これをプランクエネルギーEpと言います。「E=mc^2」なので、
 最も重い1つの粒子の質量=プランクエネルギーEp÷c2=( 2.17647×10^-8) Kg
 です。これをプランク質量Mpと言います。

最も重い粒子が接し合い、ぎゅうぎゅう詰めになった状態が最も高い密度です。1辺がプランク距離の立方体(プランク体積)の中にプランク質量Mpがあるので、
 最も高い密度=プランク質量Mp÷プランク体積=( 2.17647×10^-8) Kg÷(1.616229×10^-35m)3=(5.157468×10^96)㎏/m3
 です。これをプランク密度と言います。

太陽の30倍の質量の物質も、プランク密度まで小さくなります。ですから
 ブラックホールの体積=太陽の30倍の質量÷プランク密度=(5.9673×10^31)㎏÷(5.157468×10^96)㎏/m3=(3.856737×10^-67)立米
 です。この体積の球体の半径rを求めて見ましょう。球の体積V=(4/3)πr3なので、
 ブラックホールの半径r=[3]√{V×(3/4)π}= r=[3]√{(3.856737×10^-67)立米×(3/4)π}=(4.515548×10^-23)m
 です。

この様に太陽の30倍の質量を持つ恒星がブラックホールになった場合、その重さは(5.9673×10^31)㎏で、その大きさは半径(4.515548×10^-23)mの球体です。

詳細は、下記のホームページを参照下さい。
http://catbirdtt.web.fc2.com/burakkuhorunosikumi.html

satoumasaru · Answer

＃４です。お礼がありましたので再度回答させていただきます。

宇宙が最終的にどうなるか、まだわかりませんが次のことを前提に予想してみます。
①　ブラックホールは蒸発するという理論は正しい。
②　現在有力と考えられている大統一理論（強い力、電磁力、弱い力を統一する理論）は正しい。
③　宇宙の膨張は永遠に続く。

①が正しければブラックホールは素粒子を放出して最終的には蒸発してなくなってしまいます。②の理論では現在安定と考えられている陽子も電子、陽電子に崩壊します。③によれば宇宙はさらに希薄になっていきます。

そうなれば宇宙の将来は、きわめて低いエネルギーの光子や電子、陽電子、ニュートリノが希薄な空間の中に漂うという寒々しい光景になります。想像したくもありませんが(^_^;

後鳥羽一郎 · Answer

中は、光子のみ❗

Wr5 · Answer

>ガスを吸い込むと摩擦で光が出てきます。

ブックホールから光が出てきます。
………ではなく、降着円盤からでは？

>中には何があるのですか ?

特異点。ですかね。
際限なく飲み込んでいく。ということだったかと。
ただ、ブラックホールも蒸発するらしいですが。

ムユ · Answer

ブラックホールには、エディントン限界があります。
ガスを吸い込むと摩擦で光が出てきます。光に物を押す力があり、ガスを吸い込む力と押す力が釣り合うと、これ以上吸い込めなくなります。

ブラックホール

はじめまして、ブラックホールの中はどうなっているかという問題ですね。

#4,#5です。

あくまで、光子理論では、だろうの世界

ブラックホールは大きさの無い点(特異点)ではありません。

＃４です。

中は、光子のみ❗

>ガスを吸い込むと摩擦で光が出てきます。

ブラックホールには、エディントン限界があります。

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