ブラックホールについて

質問

物理学に対しは全くの素人なので、まさに幼稚な質問ですが、相対性理論などの本を読むと、このような記述があります。
ある物体がブラックホールの周囲にある「事象の境界面」に近づくのを、十分に離れた観測者から見ると、ブラックホールの強大な重力のために、落下する物体の時間は遅れて観測される。その物体が「事象の境界面」に達すると、その物体の時間は止まり、その物体は永遠にそこに張り付いているように見える。(実際は光の波長が引き伸ばされて目には見えない）
そこで疑問に思ったのですが、観測者からは、その物体はいつまでもブラックホールの「事象の境界面」に留まり、それ以上は落下しないように見える。ということは、ブラックホール本体には永遠に物体が落ち込まないので、ブラックホールはいつまでたっても「太らない（質量が増えない）」ように見える、ということになるのでしょうか。よろしくお願いいたします。
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回答No.3

noname#175206 · ベストアンサー

確かにブラックホールの事象の地平面では、遠方の（即ちブラックホールと一定の距離を保っている）観測者からすれば、実際に物体は事象の地平面を越えてブラックホールに落ち込むことはありません。
　ですから、「本当の」ブラックホールは有限の時間では太りません。
　しかし問題は、「本当の」ブラックホールというものが存在し得るかどうかです。
　ブラックホールのできかたは、普通は次のように説明されています。

１）一定以上の質量を持った恒星が超新星爆発を起こす。
２）超新星爆発の圧力により、残った内側の部分は収縮する。
３）収縮した部分は中性子の縮退圧にも耐え切れず、重力崩壊を起こして、さらに収縮する。
４）表面の脱出速度が光速度を超えると、そこが事象の地平面となりブラックホールが形成される。

　この説明で問題なのは４）です。実は有限の時間では４）は起こらないのです。なぜならば、本当のブラックホールに物体が落ちていくときと同様に、収縮していくにつれ、表面の重力が強くなり、時間の進み方が遅くなっていき、星表面が事象の地平面（＝時間の進み方が０）にたどりつくのに無限大の時間を要するからです。
　宇宙創生のときからあるかもしれない真のブラックホールは置いておくとして、恒星由来の本当のブラックホールはできません。
　ただ、限りなくブラックホールに近い星はできます。白鳥座などで発見されたといわれているブラックホールなども、こういった擬似ブラックホールでしょう。
　こういった擬似ブラックホールは事象の地平面を持っていませんから、時間が止まることもなく、太ることができます。

補足

cozycube1さん、ありがとうございました。

ご指摘の通り、恒星由来のブラックホールはできた瞬間から、それに物体が落ち込むのに無限の時間がかかるので、いつまでも重くならずにいるのではないかと思ったのです。そうすると、どの恒星由来のブラックホールも、重力崩壊を起こしている瞬間のまま止まってしまっているように観測されるのではないか（白鳥座Ｘ1を含めて）、またよく銀河系の中心には巨大ブラックホールがあると言われますが、それはどうやってそんなに太ったのだろう、と不思議に思っているのです。

回答No.2

piricara

「遠くから見ると、遅れて見える」
というのは、遠くにいる人の時間を基準にすると、ゆっくり動いて見える。
のですが、実際にブラックホールに落ちている人に時間が延びているという実感はありません。落ちている人には、同じ速度で落ちていくように感じています。

つまり、ブラックホールに落ちている人と、遠くで観察している人の時間の進み方は、違っており、「絶対時間」に対する言葉として「相対的」といっています。

確かに、光が届くまで時間がかかりますから、おきていることを同時に観測できませんが、ブラックホールに落ちると、時間が遅れるのです。(重力で時間が遅れることは、実験で確認されています。)

事象の境界線とは、物理法則が異なる世界の境界線ということで、
・本当に違う物理法則が、その向こう側にある。
・本当は、相対性理論が完全ではなく、地平線は存在しない。つまり、特異点ではない。

ということだと思います。

補足

piricaraさん、ありがとうございます。

ご指摘のとおり、落ちてゆく人にとっては、ただ、普通に落ちてゆくだけですよね。だから、ブラックホールはそれができてから今の瞬間までに落ちてきた物の分だけ、質量は増えているはずだと思うのです。
ところがそれを、観測者から見ると、いつまでたっても「事象の境界面」より向こうへは、落下する物体が進まないので（そこでの時間が止まっているように観測される）、いつまでもブラックホールの質量は増えないように観測してしまうのではないかと、疑問に思ったのです。つまり、私たちからは宇宙にあるブラックホールは全て、それができた瞬間の質量を保存し続けているように、見えてしまうのではないか、もしそうだとしたら、それはあまりに変なことだな、と感じているのです。

回答No.1

chie65536

＞観測者からは、その物体はいつまでもブラックホールの
＞「事象の境界面」に留まり、それ以上は落下しないよう
＞に見える。

「落下しないように見える」だけ（と言うか「落下していくのを見られない」だけ）で、落下しない訳ではありません。物体は光と一緒に落下して行きます。

＞ブラックホールの強大な重力のために、落下する物体の
＞時間は遅れて観測される。

これも、実際に時間が遅れている訳ではありません。物体から出た光が重力に引っ張られて観測者に届くのに時間がかかり、見た目のみ「遅れて」見えるだろう、と言う理論です。

生中継映像を録画しながら超スローで再生して見ているような物で、スロー再生中に物体がその場所に見えていても、その瞬間にその場所に物体は無く、落ちちゃった後なのです。

事象の境界面への距離に比例して映像の再生速度を遅くして行って、事象の境界面に達したら再生が停止して画面に映らなく（文字通りブラックに）なる、と考えれば判りやすいでしょうか。

なお、落ちるのが見られないだけで、ブラックホールに物（と光）が落ちるのは事実なので、質量は増え、事象の境界面がどんどん膨らみます。

補足

まず、chie65536さんに早速のご回答のお礼を申し上げます。
そこで、さらに質問ですが、

＞スロー再生中に物体がその場所に見えていても、その瞬間にその場所に物体は無く、落ちちゃった後なのです。

の部分ですが、このときには、実際に物体はすでにブラックホール（の中心の特異点）に到達しているので、その分の質量は増えているのでしょうか。つまり、観測者から見ると、まだその物体はブラックホールに到達していないのに、質量だけ増えていると観測してしまうのでしょうか。そこが、まだうまく理解でしないのです。