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ブラックホールの矛盾
天文学にも物理学にもド素人の私です。 おバカな質問にて失礼します。m(_"_)m 何かの書物で、(うろ覚えですみません) ブラックホールというのは、例えば、 地球をゴルフボール程度にまで圧縮 すれば自身の重力により、アリ地獄のように 縮小し続ける天体である、というような 内容のことが書いてありました。 イメージ的にはとても分かりやすいのですが、 ただ、ここで疑問があります。 高校 (だったかな？) の物理の時間に教わったような 気がするのですが、『気体は圧縮ができるが、 液体や固体は圧縮することはできない』という 法則 (？) です。 すべてがうろ覚えの記憶なので、いい加減な質問に なってしまいそうですが、基本的には気体以外は 圧縮出来ないはずですよね…。 となると、ブラックホールが誕生するほど「物質」を圧縮出来る はずがない…と素人は思いますが…。 一体どうなっているのでしょうか…？
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>ブラックホールが誕生するほど「物質」を圧縮出来る はずがない…と素人は思いますが…。 Fuyukiさんの考えは、決して「素人考え」ではありません。「地球をゴルフボール程度にまで圧縮すれば」というのはあくまで計算上の話で、現実には「絶対に」不可能です。 理由は簡単です。物質を圧縮してブラックホールにするためには、まず押し潰す圧力を発生させる装置を作らねばなりませんが、その圧力に耐えうる物質は、理論的に存在し得ないのです。 圧力をかける時には、必ず同じ大きさの反作用が発生しますから、仮にそのような装置を作動させると、装置自身もブラックホールになってしまいます。物質を圧縮してブラックホールにする装置は、ブラックホール以外の材料では作れない、ということです。 ですから、星が圧縮されてブラックホールになる場合は、自分の重みで潰れる以外には有り得ません。この場合、最低でも太陽の３０倍以上の質量が必要です。 物理学の啓蒙書では、分かりやすく書こうとして、かえって誤った分かりにくい表現になってしまう事例をよく見かけます。御質問の事例は、その典型ですね。
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- Tacosan
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えっと, 「地球と同じ質量のブラックホールが存在すれば, そのシュバルツシルト半径は 9mm」 だそうです. 表現を変えると 「半径 9mm の球体の内部に地球と同じ質量を詰め込めばブラックホールになる」 ということで.
- eqw-102
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まだ締め切られていないので書いてみます。 地球上では、原子番号５００などは存在しません。 しかし、水素、ヘリウムを原料として、 同じ大きさの原子番号１００は作成可能です。 つまり、原子とは、融合により圧縮に近い変性が可能な物質です。 では、原子場番号の限界はどこにあるのか？ また、ここまで巨大な原子番号の原子自体が 原子崩壊を起こし、どこまで圧縮されるのか？ 答えは、ブラックホールの質量と、体積にあるようです。 ブラックホールは、１個の原子の大きさではありません。 ここから、３次元での原子圧縮の限界が理論上計算は可能となります。 計算でもって追求出来る物を、計算しない場合、 錯誤が生じてしまいます。 更に、地球とブラックホールを比較すれば、 中央はより高エネルギー、高圧力です。 表面など比較にはならないでしょう。 ここで、通常物理学の限界を超えるエネルギーを示唆する人間も現れる訳です。
- luune21
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#2さんのご回答で正解は出ていますが、もうちょっとわかりやすく説明してみます。 原子の間に隙間があるといってもどのくらい空いているかイメージしづらいと思いますので、生活レベルの大きさまで拡大してみます。 水素の原子核が10cmくらいのリンゴだとしましょう。だとすれば原子全体の大きさは直径1mの丸い箱くらいになります。 水素原子は一つの原子核の周りを一つの電子が回っていますよね(厳密には違う説明が必要ですが、今はこの回っているイメージで構わないと思います)。 つまり、直径1mの丸箱の中にリンゴとダイズが１個ずつ しか入っていない感じになります。ガランガランに空いています。直径1mというのはバスのタイヤくらいの大きさです。 さらにこれが水の分子ともなると野球グランドの大きさくらいになります。水の分子(H2O)は水素原子1個と酸素原子2個からできていますね。つまり先ほどのタイヤを３本を野球場の隅っこと真ん中に置いたような感じです。 もう、スッカススカどころの隙間ではありませんよね。むしろ何もないといったほうが近いくらいです。 原子核と原子核がどんどん融合して重くなった星では、電子が原子核の中に取り込まれ、さらに陽子が原子核の中にとりこまれて中性子ができます。 この中性子のかたまり(中性子星)になった段階で、すな粒くらいの大きさのものが100万トンくらいの重さになっています。 中性子は重力で引っ張る力の他に反発する力も持っています。この中性子に他の原子はどんどん落ち込んでいきますが、このとき中性子の反発するちから強ければ超新星爆発というものを起こしてちりぢりになってしまいます。しかし、中性子星でも反発できないくらい、重くなってしまった星はさらに縮んでブラックホールになっていくわけです。 余談 こんなにスカスカな分子・原子でできている私達の手ですが、やはりスカスカな机の分子の隙間に入り込んで融合することはありません。それはぶつかっているので融合しないわけではなく反発力によって押されているから一つにならないのですね。 もちろん、ものすごい強い力で押せば「合体」してしまいます。でも、そのときは、本人もろとも、あたり一面が焼け野原になってしまうでしょうね。
- mide
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ブラックホールは、大質量の恒星が超新星爆発の後重力崩壊を起こして収縮がどこまでも進むというのが、でき方のひとつです。素粒子レベルでの圧縮なので、我々がなじんでいる液体や固体の圧縮とはまさに桁が違います。 地球の質量程度のブラックホールは確かに直径1.8cmほどで、1立方cmの密度が地球の3分の1というとてつもない重さですが、これが太陽の質量だと直径6km、密度は地球の場合の1千億分の1ですみます。さらに大質量ブラックホールという太陽の1億倍程度の質量の場合、密度は水の2倍にしかなりません。それほど圧縮されてなくてもいいのです。この宇宙全体の質量のブラックホールならこの宇宙程度の大きさになるそうです。つまりすかすかです。 まあ、これはブラックホールの「内側」の平均密度であり、その内側では全ての質量が中心の「特異点」に集中するとか、さらに回転するブラックホールなど特異点が１点でない場合とかいろいろありますが、ご質問の圧縮という点からすると、必ずしもブラックホールの内側の密度はそう高くなくてもいいということです。
素人考えのわかりやすい回答。内容の精密性は無視。ブラックホールって恒星の成れの果てらしい。恒星っていうのは太陽みたいに自ら光ってる星でヘリウムなんかの気体でできている。気体なら圧縮できる。地球の圧縮の話はわかりやすくするためのたとえだったんじゃないの。 http://sound.jp/daisuke-dtm/Html/mame/blackholl.html
個体でも分子と分子の隙間があるでしょう、 光の速度でも飛び出せないので、 分子と分子が綺麗に隙間無く詰まるのでしょうね。 陽子や中性子も分解されるかも知れませんね。 分解されればもっと細かい物質でになって、更に圧縮されれば エネルギーしか満ちていない環境になっているかも知れませんね。
- GUNDAM-OS9
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『気体は圧縮ができるが、液体や固体は圧縮することはできない』 というのは、それこそ中高のレベルでの話ですね。 物質を分子・原子で考えてみてください。 気体は、分子間の距離が大きくあいていますよね、だから、注射器の中に入れて、先をふさいで、注射器のピストンを押し込むと「押せる」わけです、これで、気体は圧縮できるということを学びます。 では、液体は・・・同じように水を注射器に入れて同じように押すと・・・危険なので、ちょっと押して、押せません＝縮みませんと確認します。それは、手で押すレベルだからです。 でも、気体・固体を構成している分子間にも隙間があるわけで、当然その隙間を縮めるような力を加えれば縮まるわけです。 だから、「物質は圧縮出来る」って、イメージできました？？
- ticky
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>液体や固体は圧縮することはできない これがそもそも微妙なところです。 「圧力をかけても、ほとんど体積(密度)は変化しない」 が正しいです。 それから、ブラックホールは、その強い重力により、空間が歪んでます。 私もわかってないのですけど、たぶん、中心に向かって永遠に落ち続けるような感じで、普通の密度の感覚とも違います。 それから、 朝夕力によって、素粒子レベルまで分解してしまうらしいのと、 重力の位置エネルギーが粒子の運動エネルギーにかわるから、 固体・液体・気体。という形すら保ってないみたいです。
