ブラックホールの状態

質問

ふとした疑問なんですが、重力は地表が最も強いので中心近くはブラックホールではないのじゃないでしょうか？
いや圧力はかかってるからブラックホールかな？

例えば私が、ブラックホールに落ちてみます。
どんどん落ちて行きますが、落ちるのは私の話で、外から見てる人にとっては止まってしまうと思います。

そこで、現在、と言う意味ではブラックホールに落ちきった物はないんじゃないでしょうか？

新星爆発が起きた時、内向きの力を受ける中心付近じゃない場所は圧力によって
光速に近い速度で中心(ブラックホール)に向かっていきますが、
それは古いブラックホールでも現在ではまだ爆発を受けた直後の状態として存在してるのではないでしょうか？

ではもともと中心だった場所はどうなっているのでしょうか？
まだブラックホールになってない、限りなくブラックホールに近いけどブラックホールになっていない状態のような気もします。
と言うか新星爆発の爆発はどこで起きるんだろう。

なんと言うかギリギリ光も抜け出せないかのように見える限りなく特異点に近い特異点じゃない場所と言うような気もします。

よく分かりません。

そもそも爆発の計算の段階からよくわかりません。
よろしくお願いします。
(元からあって回転しなくて静かなブラックホールくらいなら分かるくらいの感じです。ジェット？ナニソレ状態です)

回答No.9

Tacosan

ブラックホールに落ちたように見えないからと言って, それが「本当にブラックホールに落ちていない」ことを意味するとは限らないですよね.

こんな例を考えてみましょう:
地球からロケットを発射します. このロケットは, 常に (ロケット内の感覚で) 1g の加速度で持って加速します (加速手段については聞かないでください).

このとき, ロケット内で 10年たったとしたらロケットから見た地球はどこに見えるでしょうか?

お礼

ありがとうございます。
特殊相対性理論的な光の話ではなくて、物理的な実体の位置からの質問でした。

元々の質問の趣旨としては、静かなブラックホールを動くブラックホール(r=0とはしない上で、動的なブラックホール)、
最初のブラックホールが出来るときに使う式とかを知りたいとか、
そういった所も知りたかったんですよね。

一旦質問を締め切らせてもらおうと思います。
ありがとうございました

回答No.8

manno1966

> 具体的な扱い
では追加で。

> 近似値として使って問題ないでしょうか？
問題あるように思います。

光速の１％の速度の物が、「1m動くのに10^10秒(約300年)以上かかる」という事は、光はその１００倍の速度だから時間を1/100とした数字になりますね。
つまり、光が１m進むのに3年以上かかるほど時空間がゆがんでいるということですよね。
これは光速の理論に反するので、シュヴァルツシルト半径の内側での話ではないですか？

シュヴァルツシルト半径の外側、それもある程度離れた場所の事象でなければ、光のゆがみ等で外の人は見ることができないと思われますので、「光が出る事の出来ない領域となり、光等が届かないので見ることの出来る外の人は居ないでしょう」への反論としては適切でないと思われます。

また、光速の１％は遅すぎでしょう。
太陽を例とした引力範囲等は前に書いた通り。
重力加速度を考えてみると、光が出ることもできない重力加速度の場に「10^10秒(約300年)以上」居たら、それだけで光速に近いスピードにならなければ矛盾する。

お礼

すみませんちょっと意味が分からなかったのですが、
近似値として使用したら速度が上がりますよね？
そうゆうことではないのでしょうか？

また特異点では、常に質量による歪みが支配的だと思ったのですが違うのでしょうか？
先ほど申し上げたとおり計算をやりなおしていますので、しばらくはかかると思います。

回答No.7

manno1966

> なにか助言
検算しようとして、根本的な勘違いをしているように思いました。

> どんどん落ちて行きますが、落ちるのは私の話で、外から見てる人にとっては止まってしまうと思います。
ウラシマ効果の話ですよね。

物体の速度が速くなるほど時間の進みが遅くなる。
重力が強い場ほど時間の進みが遅くなる。

光速に近いスピードの宇宙船に乗って、船内時間１年宇宙にいたら、地球に帰ったら１０年過ぎていたと言うような。

同じように、ブラックホールの様な長重力の場では時間の進みが違ってくると。

「外から見てる人」と時間の進みが違うのはそうなのですが、逆では。

つまり、前記の光速に近い宇宙船の船内時間１秒で進む距離はと考えてみましょう。
外の世界では１０秒経つわけですから、３００万キロに近い距離進むわけですよね。

そう考えたら、同じようなウラシマ効果を持つ超重力の場で、「外から見てる人にとっては止まってしまう」と言う状態になるのでしょうか？

お礼

いろいろありがとうございます。
詳しい方からの助言や、具体的な扱いもお待ちしてますのでよろしくお願いします。

補足

ちなみにこれを使っています

t’=t/√(1－V2/C2)

また座標は加速系での計算を使用しています。

回答No.6

manno1966

ちょっと気になるので、質問です。

> 1m動くのに10^10秒(約300年)以上かかる
その時の物体の速度が何メートル/秒で、それだけの空間のゆがみをもたらすだけの、その場所の重力が何Gかの、その想定を教えてください。

お礼

ありがとうございます。
すみません、間違いが一つ分かりました。
静かなブラックホールの体積を設定せず点で扱っていたため、
計算を続けると近づくに従って(Gなどの)いくつかの値が不当に(無限に)増加していました。
落下速度自体は最終的に光速の1%程度です。

計算をやり直すとどうなるか分からないのですが、
まず静かなブラックホールを計算するためには最高密度を設定する必要があったかもしれません。
(静かなブラックホールなら分かると言いましたが全然分かってなかったようです。それを表面だと思えばなんでも同じだと勘違いしました)

一度質問を締め切り再度質問しようかと思いますが、
なにか助言がくるかもしれないのでしばらくこのままにしておきます。

補足

それともブラックホールを点に設定する場合は加速度も二乗に反比例させれば近似値として使って問題ないでしょうか？

回答No.5

manno1966

> 高さを考慮せず一様に 50m/s＾2 (仮)
> 特異点までを1000万Kmとしています。

太陽で、表面の重力加速度が２７４m/s＾2。
平均すると、２７４よりかなり小さくなりますが、ブラックホールで平均50m/s＾2 は小さすぎでしょう。
冥王星の軌道が太陽から約６０億キロ、その外側に広く小惑星帯が有る事を考えると、引力が働く範囲は１００億Km弱程度かな。

ブラックホールを想定した数字としては小さすぎなような。

回答No.4

kamobedanjoh

☆　重力は地表が最も強いので中心近くはブラックホールではないのじゃないでしょうか？

最初にお断りしておきますが、太陽系内にはブラックホールは存在しません。ですから、あなたが落ちてみたいと思っても、ご希望には添えません。天の川銀河その他の巨大銀河の中心付近には、ブラックホールの存在が確認されています。
身近な存在で例えれば、浴槽の排水栓を抜くと急激に水が流れ落ちて、その時、渦を巻いている様子が観察出来ます。浴槽に落ち込んだ蟻からすれば、まさにホールに落ち込んだ状態。それをあなたは観察出来ます。水泳プールの排水口に吸い込まれて、命を失った人も居ます。洪水時の河川のカーブする所では、渦巻き状態で逆流も起きていて、そこに河岸が落ち込み、駐車場の車も次々呑み込まれて行きました。災害中継でご覧になった通りです。
地球は愚か、太陽の中心にもブラックホールは存在しません。宇宙規模でのブラックホールは、太陽の３０倍以上の巨大質量星が核融合反応を繰り返した最後の瞬間に、超新星爆発を起こして中心部の質量が巨大になりすぎたため、その重力で周囲の星間物質を限りないまでに吸い寄せる状態を云います。そのような超高圧・超高温状態では、物質の構成要素である原子核も分解され、電子・陽子・中性子・光子・ニュートリノその他、量子と呼ばれる基礎物質が渾然と超圧縮された、プラズマ状態で存在することになります。それらの量子も、巨大重力のために脱出することは出来ません。
百数十億年も前に生まれたブラックホールは、既に活動を停止しているようです。超新星爆発で超巨星本体の構成物質と周辺の星間物質が吹き飛ばされ、さらにその周辺の星々やガスや塵も渦巻きに吸い込まれ、重力の及ぶ範囲の全てを呑み込んでしまったブラックホールは、自ずと活動を停止することに成り、後には巨大質量のみが残存することになります。その後の運命までは、目下確認されていません。
念のため申し添えます。
スターバースト（新星爆発？）は、濃密な星間物質から、新しい恒星が爆発的に誕生する状態を云います。超新星爆発とは真逆に近い現象です。
ジェット？　恐らくブラックホールの渦巻きの中心部から放射される強力な磁力線のことかと？
その磁力線は極めて遠方にまで届き、星間雲を刺激して強力な電磁波を発生させているようです。そして強度の指向性を持つため、地上からは希にしか観測出来ないとか。
それ以上のことは存じ上げません。

お礼

ありがとうございます。

回答No.3

manno1966

> 重力は地表が最も強いので中心近くはブラックホールではないのじゃないでしょうか？
周囲からとてつもない圧力が掛かっているので、電子等が離れるだけの力に圧力が勝つのではないでしょうか。

> 外から見てる人にとっては止まってしまうと思います。
其処まで時間の流れが違う領域の重力を考えると、光が出る事の出来ない領域となり、光等が届かないので見ることの出来る外の人は居ないでしょう。
いや、ブラックホールが周りから集めた星間物質が超高速で回っているので、それにぶつかって原子に分解されるほうが先か。
周りの星間物質と同じに回りながら落ちていけば分解はされないが、光速に近い策度にまでなるから、やはり止まっている様に見えると言うのは無理となるかも。

> 古いブラックホールでも現在ではまだ爆発を受けた直後の状態として存在してるのではないでしょうか？
ブラックホールは、「少しずつ質量を減らし蒸発する」、「少しずつ質量を減らし、圧力が重力に勝って爆発する」とする説もあります。

お礼

ありがとうございます。
現在と言う意味で、すでにブラックホールになったと言うことでしょうか？

一般相対性理論にて静かなブラックホールで
高さを考慮せず一様に 50m/s＾2 (仮)で空気抵抗、その他なし(と言うか分からない)で計算したところ、
(外の系で)1m動くのに10^10秒(約300年)以上かかる所までグラフを出してみました。
ただし質量による歪みの分の距離は考慮し、特異点までを1000万Kmとしています。
一応、他の人が計算してもそうなることも確かめたいのですが、間違いなのでしょうか。
(そもそもこの計算前提が適当すぎるのでしょうか？特に距離と最初の加速度がおかしいですが、私的には特異点に近づくと同じ挙動を示す点からどうでもいいとしています。あくまで私の感覚です)。

このようになることは以前にそうなることをこのサイトで確認が取れたので質問を作る前はそれで良しという前提で作っておりました。
実際にそうなるのかは分かりません。

ただ、そうだとするならば、ブラックホールが出来るのはいつ(そしてどこから)なのでしょうか？
と言うのが質問の趣旨だったのですが、
それは別の人に聞くのが筋ですよね。たぶん。

回答No.2

noname#198909

こういう物理に関するものは、数字や計算が大切になります。
ここでは複雑な計算式はテキストでは書きにくいので数字だけで説明します。

アインシュタインやホーキングやたくさんの物理学者は、計算によってブラックホールや中性子星や全ての宇宙での現象を予測しています。
ずっと後で観測で発見されてから、彼らの予測は正しかったと証明されます。

ですから、ブラックホールや宇宙についてを語る時には、数字で書くのが大切になります。
数字と言っても、巨大な宇宙の事ですから、細かい数字は大切ではありません。
１光年が１０光年だったとしても誤差の範囲です。
１×１０（＾30）とか（　）内の何乗とか桁数が大切です。

ブラックホールを語る前に原子はどれだけ小さくなるかについてのイメージを知っておかないといけないと思います。

もっとも小さい水素原子は陽子１と電子１で出来てますが、陽子を半径1cmのビー玉の大きさにすると、電子は半径3kmを回っているという事だそうです。
半径3km中は真空です。

水素分子はH2ですので、半径３kmの原子の隣に半径３kmの原子が「弱い力」でくっ付いているという事になります。

私たちが住んでいる宇宙には「強い力」＞「電磁気力」＞「弱い力「重力」＞」が存在するそうです。

つまり原子は半径3kmを半径1cm、300万分の１に圧縮できるという事だそうです。

原子の構造が恒星と惑星との関係に似ている事が物理学者を魅了するんだと思います。
ですが極小の量子論と極大の宇宙物理学の両方を勉強しないといけませんので、今の物理学者は大変だと思います。

発見されている中で最小のブラックホールは
太陽の3倍の重さ：地球の100万倍の重さが
半径が8.9kmになった状態だそうで・・・・・・

太陽の密度に換算すると120万kmの半径が14万分の１に縮んだ状態になるそうです。
それでも陽子と陽子の間には隙間がありますけど。

前置きが長すぎて、これ以上書くと読む気力が無くなると思いますので、この辺で・・・・・・

お礼

ありがとうございます。
>前置きが長すぎて、これ以上書くと読む気力が無くなると思いますので、この辺で・・・・・・
いえ！もっと密度を濃くして頂いても構いません！

ただ、質問の趣旨としてはその状態になる前の過程の話ですね

回答No.1

noname#215107

大きさがその物体の質量のシュヴァルツシルト半径より小さくなった場合、ブラックホールとなります。

地球の質量のシュヴァルツシルト半径は９ｍｍとのことですので、
地球を圧縮して直径１８ｍｍ以下の大きさまで縮めないと、ブラックホールにはなりません。

お礼

静かなブラックホールに関してはまず外側から見たmとtのグラフを出しました。
私にとってはこれだけでも長い式に感じて大変だったのですが、
落ちないというのはあってますよね？

ではブラックホールじゃない状態からブラックホールになるときはどうなるのでしょうか