重力を感じないはずの光がブラックホールから出られないのはなぜ？【ブラックホール1】#19
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- Опубліковано 11 лип 2024
- 今回から新シリーズ「ブラックホール」です。「重力を感じないはずの光がブラックホールから出られないのはなぜ？」「ブラックホールのポイント”重力”ではなく”沼”」「アインシュタイン以降のブラックホールは“空間のゆがみ”で考える」など、ブラックホールの歴史と考え方について話します。
【目次】
00:00 抜き打ちブラックホール知識チェック
02:48 ブラックホールのポイント”重力”ではなく”沼”
04:43 ニュートン力学でブラックホールを考えてみた
08:58 “空間はゆがむ”アインシュタイン以降の考え方
12:57 "中心へ向かう"ブラックホールの原理
18:43 ブラックホール=オタクの沼
21:07 ブラックホールの作り方
【参考文献】
○『90分でブラックホールが分かる本』福江純 大和書房
amzn.to/3NhN5J3
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東京学芸大学卒。書道家・水墨画家。
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【参考文献】
○『90分でブラックホールが分かる本』福江純 大和書房
amzn.to/3NhN5J3
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以外にも宇宙物理学の知識がある夏生さんのせいで台本ブレイクすれすれの綱渡り感にあふれた回ワラ
Leonard Susskind という物理学者が話していためちゃくちゃ分かりやすい例えですが、
大きな湖が宇宙空間だとします。湖の上で泳ぎ回るのが宇宙空間を動き回る事です。湖の底に排水溝を開けると水がその穴から抜けていくとします。これによって水の流れが出来ますが、これに流されて吸い込まれる事がいわゆる重力に引っ張られる状態です。水の上で泳ぐスピードの限界が光速なので、排水溝に十分近付けば光速で泳いでも抜け出すのに間に合わない領域にたどり着きます。この領域がイベントホライゾンです。
僕も相対性理論を勉強していた事がありますが、この喩えはかなり正確です(もちろん完全に正確ではありません)。「イベントホライゾンの内側はどうなってるのか？」みたいな疑問が出たりしますが答えは「何も変わらない」です。湖の中で流れに逆らって泳いでも絶対に抜け出せない領域というだけなので、例えばのんびり泳いでたら気付いた時にはイベントホライゾンの内側にいたという事がありえます。境界に別に何かあるわけではないので。また、時空の歪みもある程度表してます。湖の深さ方向が時間方向だと考えてください。この喩えでは湖の上が2次元の平面なので。空間2次元+時間1次元=3次元時空を表しているので想像しやすいです。湖の上に格子状に紐をおいていくとします。その紐たちが格子状になっている事を「時空が平ら」であると言います。排水溝付近では紐たちがまっすぐに並んでいなく、曲がっているのが想像できると思います。湖を真上から見た時の紐の歪みが「空間方向の歪み」で、紐が吸い込まれるゆえに深さ方向にも紐が曲がるのが「時間方向の歪み」です。これらを合わせて「時空の歪み」です。なので動画内で言ってた「4次元方向に歪むのかな？」というのは少し違って、全方向に歪みます。いわゆる4次元方向というのがこの喩えでいう深さ方向です。
補足: もっと喩えを正確にしたければ、想像はしにくいですが「湖の表面の高さ(深さ)が全体的にどんどん高くなっていくような湖」を考えればもっと正確になります。湖の表面の高さが時間に対応していて、どんどん高い方向に移動していくのが時間が過ぎることに対応しています。排水溝からの距離によって湖の表面の高さが多少違うのがいわゆる「重力による時間の違い」です。もう一度言いますが完全に正確ではありませんが、専門的に勉強する人以外にはこれが最も正確な喩えだと思います。
すごくわかりやすかったです！！今度入門書でも読んでみます……
@@MiMi-ke5wj 分かりやすかったようでよかったです！今読み返してみると誤字とか日本語おかしいところがところどころあってすみません。
一般相対性理論はかなり難しいので大学レベル以上の数学や物理をやった事が無ければいきなり勉強するのはおすすめしません。何年も数学や物理をやってても難しいです。
もし数学に習熟してるようであればリーマン幾何学（と基本的な高校物理）を勉強すればわりと一瞬で理解できると思います。頑張ってください👍
越山くん頑張ってるけど、布の例えが如何に秀逸か思い知らされた
「太陽が一瞬で太陽質量のブラックホールに変わっても地球が吸い込まれることはない」って、物理的には当たり前かもですけど、直感的には違和感があっていいですね
【光が吸い込まれる＝重力レンズ効果が起きる原因】
越山さんの “重力の原因は空間の歪みだ” という説明は、少し間違っています。
相対性理論では、時間と空間はお互いに影響を及ぼしあう関係にあるため、共に座標成分として同等に扱います。
それゆえ、今の場合ですと『時空間の歪み』と呼ぶのが適切です。
つまり、物体の存在(エネルギーの存在)の効果で時間の流れは遅くなるし、空間成分は歪曲します。逆に言えばそれが重力の原因です。
それぞれの効果が半分ずつ寄与する事で重力レンズ効果は起きる、というのが正しい説明です。
そういった事実から、無限遠方 (つまり重力の影響を無視できる程の平坦な時空に存在する) の観測者が測定する見かけの光速は秒速30万キロメートルを下回ります。
結果、光の等位相面が傾くため進行方向が曲がる（或いはそのままBHに吸い込まれる）というのが正しい説明です。
『真空の歪み』という概念は、元々電磁気学の研究で採用されました。
つまり、周りの真空中にある種の “歪み” が生じ、その歪みが真空を伝わることによって、帯電体同士に引力・斥力を引き起こすのであるというもので 『近接作用』 と呼ばれています。
この真空の歪みという概念がアインシュタインの一般相対性理論にも引き継がれているわけです。
こういったアプローチには 【場】 という概念が用いられており、これらの理論体系のことをまとめて 【場の理論】 といいます。
ブラックホールの話題で一番感動したのは、ホーキングのブラックホール蒸発理論ですね。
ちょうど私が理学部物理学科の大学生になった頃に、『ホーキング、宇宙を語る』がベストセラーになりましたが、その最後の話題が、ブラックホール蒸発理論でした。
当時の私は、宇宙論と量子論の融合なんて発想がなかったので、読んでいてすごく興奮したのを覚えています。
感覚派と理屈派(理論派ではない)のぶつかり合い、面白い。
夏生さん、今日元気いっぱいですね
ブラックホールの知識すごい…
やはり書道沼の主だから？！
この回でしっかりオタクの沼を理解しようと思います😆
勉強が進んだら消したくなる動画にランクインしそう
こっしーマウスかわいいし夏生さんのカチューシャも良き。
宇宙の三角形内角の和が小さくなるにはゆがみが負の位置にくることになるはずなので、マイナスの重力が存在すれば起こるでしょうが
今のところ、マイナスの重力が観測されてないはずなので、内角の和は大きくなるはずです。
この宇宙が平坦でなく発散する宇宙なら、三角形の内角の和は小さくなる。
ブラックホールが急に大きくなる時は、ブラックホール同士の融合か中性子星との融合時ですね。
重力崩壊は鉄コアが自身の重力によって崩壊する現象のほうですね。鉄コアの重力崩壊によってどこかの段階で中心密度が原子核密度に達して外向きの衝撃波を生じ、何らかのメカニズムで爆発に転じるのが超新星爆発。その際には中心部には原始中性子星ができます。爆発が十分なエネルギーを持たなかった場合に、吹き飛ばしきれなかった束縛された物質が原始中性子星に戻ってくるのがフォールバック。そのフォールバックの量によって原始中性子星がブラックホールに潰れることもあると考えられています。
「舌出して写真撮ろうかな」・・・きれいに流された ^^;
ブラックホールだけで50時間以上の動画をあげてるハヤシさんはどう考えてもオタク
重力の歪みを空間の歪みとして考えると理解が難しいですが、「重力が強いほど時間の流れが遅くなる＝4次元の歪み」として捉えると分かりやすくなるかもしれません。
光の経路が歪むのも、光を両輪を持つ車と見立ててみれば、重力の強い側の車輪の回転速度の方が相対的に遅くなることでそちらにカーブするというイメージで理解できるはずです。
なお、この「重力が強いほど時間の流れが遅くなる」現象により事象の地平面に近づくほど時間の流れはゼロに近づくと言われており、また量子理論ではブラックホールの蒸発現象により事象の地平面が後退するとも言われている為、ブラックホールの真の構造は「アキレスと亀のように事象の地平面の手前でいつまでもたどり着けない粒子が幾層も重なっている球体」ではないかという説も出てきています。
我々が観測するとブラックホールは小さな存在だが、
ブラックホールの中から見れば無限に広がり続ける空間に見える
我々は広い宇宙空間の中にいると認識しているが、
実はブラックホールと同じ構造の中かもしれない。それが相対性な理論
まあ一説にはブラックホールの仲間は一つの宇宙である、という話もありますからね
不満を表すコメントはあるけど、詳しく説明するコメントがほとんどないところ見ると、やっぱり難しい話なのね
なるほど…つまりブラックホールはゴッホのひまわりということか
レキシカちゃんと越山くんのコラボができたら
夢も宇宙も広がりますね～
関連話
今の物理学では電子を点粒子だと考えていて、電子は質量を持つから密度は無限で、本質的にはブラックホール。
「これ以上小さいものは考えません」と一時回避するのが繰り込み、「電子に大きさはあります」と本質的に回避するのが弦理論
図がほしい！
イベントホライズン超えたらどっちに進んでもブラックホールの中心に向かうってことは、横も上も全部空も地面になってて、内側が地面の球体に閉じ込められるみたいな状況になるんかな（妄想）
２次元のオタクが沼に落ちていく様子を、３次元に生きる一般人が理解できないということですね
そして伝説へ
光さえ逃さない天体とかどこの中二病だよって感じだけど現実は奇なりだよな
ピカチュウは若干例え失敗してたけど今回は上手くいくといいですね
高校物理→寝てたやつ
の流れ好き
事象の地平面の内側ではどこに進んでも内側に戻されるとのことですが、その状況で外側から侵入できるのはなぜなのでしょう？
入れる以上、入ったのと同じ経路を辿れば元に戻れるはずでは？
越山さんが夏生さんを陰謀論（地球平面説）に引き込もうとする動画
実は太陽系の外側の方をブラックホールが公転している！としても従来の技術では観測できないから気づかないという論文がありました
小さいブラックホールが、めっちゃデカい恒星にぶつかったら、どうなるんでしょうね。
ブラックホールの話してぇ―――――――――
「ブラックホール」はHな意味合いがあるから別の名前が提唱されたという話をどこかで聞いた覚えが
失敗例えの杜に立てよう
プリンみを感じる。
なんというか
2人とも発言が安易だなあ
ゆる言語学ラジオの初期の初期を彷彿とさせる
他チャンネルから名前出すのははばかれるけど、宇宙ヤバイラジオくっそおすすめだから宇宙の物理っぽい話が好きな全人類見るべき
越山君は流したけれど、夏生さんの「舌出して写真撮ろうかな」、一般的には多分、なかなかの知識の発露よね。
うそだろ…
オタクという歪んだ愛の話ですか？
ここだけコメ欄ガチ勢多いの草
漫才コンビで売り出したらどうですか？w
ブラックホール移住マイスターじゃなくてよかった。
7:22 大きさが480倍と言っていますが質量が480倍の間違いでは？
太陽の何千倍の直径の恒星は幾つか有りますよ。
密度が同じと言ってるので、言ってることは同じことです。
恒星の大きさが何千倍でも、中身がスカスカなやつとかありますし
@@pa_sann
密度が同じなら質量は直径の３乗になりますので数字が変わってきます
@@早川眠人 恒星のサイズ比較って直径なのか体積なのか知らないけど、そこは厳密に捉えるところではないのでは。
太陽480個分ってことだと思うよ
りんご1個の2倍って言われて直径2倍のりんごを思い浮かべないのと同じように
球形に太陽を480個充填した天体…？
いやそのりくつはおかしい(自己否定)
アドホックな仮説だ
実際質量を480倍にしてもまだ足りないですよね。脱出速度を光速にしたいなら半径を固定した上で質量を480^2≒23万倍にしないといけないですね。
ツッコミ所がありすぎて
勉強不足と言うより、専門教育を受けてない人がニワカ知識を語ってどうすんのさレベルです
それはぜひツッコミを入れて欲しいです
なおツッコミは入れない模様
えええまたこの動画見なきゃならんのめんどくさい…
・「太陽の10倍でBHは生成可能」通常の星の進化の場合、太陽の8倍で超新星爆発、30倍でその後BH となる。なお現在観測されてる最小のBHは太陽の3.3倍。つまり通常の星の進化以外でも強いエネルギーさえあればBHは生成可能
・「密度が同じで大きさ480倍、質量も480倍なら」半径が480倍なら質量は太陽の1.1億倍の天体になる。シュワルツシルト半径は質量に比例するので、太陽質量で半径3kmのBHになるなら、その質量が1.1億倍の天体は半径も1.1億倍つまり太陽半径の480倍のBHになる理屈
・「重力崩壊すると無限小」重力崩壊＝BHではない。超新星爆発を起こすのも重力崩壊によるもの
・「中心部に引きずり込まれる」A地点で放ったボールが重力の影響でB地点に落ちたとき中心部に引きずり込まれるとは言わない。脱出できない＝中心部に引きずり込まれるではない
・ミスではないが「オタクの沼」が分かりやすいアナロジーになっていない。普通に重力レンズ効果とか空間曲率とか説明すればいいのに
僕自身、天文学も科学史もちゃんと学んだことがありません。そんな僕から見てもこの方の動画はほぼ全てひどい
いくらゆる学徒でもせめて学部程度の理解は必要なんちゃいますかね