50代おじさん日々のブログ

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ブラックホールへの入り口である事象の地平線では時間さえも止まってしまいます。

投稿日:2017年3月17日 更新日:

ブラックホールの事を解説するサイトで、頻繁に出てくる事象の地平線の事に、少し興味がわいたので調べてみました。

事象の地平線の概略

サイトの解説にブラックホールの中心である特異点の廻りには内と外を隔てる輪の様な領域が存在します。

その内に入ると光の速度でも脱出不可能な状態になると考えられています。

この不思議な輪と外側の境がギリギリ光速で脱出出来る境とされ、その向こうは地平線の先が見えないと同じ様に、決して見る事が出来ないとの意味を込めて、この輪と宇宙空間の境目の事を 事象の地平線 と呼ぶ様になったそうです。

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今現在この内がどのようになっているかは解明されていませんが、元の恒星はもちろん、飲み込んだ全ての物が体積をもたない特異点にまで集約され、無限大の重力場になつており、もはや物質の存在しない世界になっているかもしれません。

そしてこの内側を観測することも不可能です。

この事象の地平線の先は未知の法則が働いているかもです。
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事象の地平線で見られる不思議な時間の遅れとは

では例えばこの事象の地平線に飲み込まれる寸前の宇宙船があつたと仮定して、観察者からはどのように見えるか想像してみます。

わたし的にはものすごい早さで吸い込まれることを想像しましたが、奇妙なことに事象の地平線に近づくにつれ、時間の進行はどんどん遅くなり、やがて地平線の境目に達すると宇宙船は時間が止まって動かなく見えてしまうことになります。

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この理屈は更なる勉強が必要で、まずは相対性理論を理解しないとだめな様です。

重力が大きいほど時間の進みが遅くなる予測は、超高性能原子時計を使った数々の実験で実証済みらしく、地上に有る原子時計より高い場所にある原子時計方がわずかながら時間の進行が遅くなることが証明ずみらしいです。

つまり無限大重力を持つブラックホールに近い場所程時間の進行は極限まで遅くなり、観察者側から見て時間が止まってしまう様に見える境界が事象の地平線です。

よく光でさえ脱出出来ない場所と言われるブラックホールですが、光の速度の話以前に観察者から見て時間のとまった永遠の場所と思えてきます。

この時間の相対的な遅れは重力にも関係しますが移動する速さにも関係します。

速く移動するほど時間の進みが遅くなり、これもまた数々の実験で証明されています。

よくSFで光速ロケットで宇宙を旅して苦労して帰還してみると何十年もたっていたなんて言う話は空想話ではなく本当だということになります。

少し話はそれましたがブラックホールに飲み込まれた宇宙船乗組員からすると、おそらく瞬間の出来事となり、その瞬間に事象の地平線の外の宇宙では永遠の時間がながれている事に気が廻る余裕もないはずです。

時間の進み方が遅れる理由

上記の話しの元は全て光の速度はどのような移動速度の観察者から見ても一定とする光速度不変原理から説明できるとあります。

光の速度で走れる電車を例にされた話が私には一番わかりやすかったです。

例えば2本の路線が並んで続く鉄道が有り、まず観測者Aは駅にて観察、観察者Bは光の速度の半分秒速15万Kmで走る列車に乗って駅を通り過ぎ、A.Bがお互い最高速の光速度秒速30万Kmで駅を通り過ぎる列車を観察した時の見え方は下記になります。

The Soyuz MS-02 rocket is launched with Expedition 49 Soyuz commander Sergey Ryzhikov of Roscosmos, flight engineer Shane Kimbrough of NASA, and flight engineer Andrey Borisenko of Roscosmos, Wednesday, Oct. 19, 2016 at the Baikonur Cosmodrome in Kazakhstan. Ryzhikov, Kimbrough, and Borisenko will spend the next four months living and working aboard the International Space Station. Photo Credit: (NASA/Joel Kowsky)

Aはそのまま秒速30万Kmで駅を通り過ぎたと感じ
Bは差し引き秒速15万Kmで通り過ぎたと感じるはずです。
こうなると上記のどのような移動速度の観察者から見ても光の速度は一定とする光速度不変原理に矛盾が生じています。

ここでABが観察する光速の列車の速度が不変とするならAとBが過ごしている時間進み方の方が違うとの結論になってしまいます。

この列車の例でいうと秒速15万Km列車にのつた観察者Bは駅にいるAから見ると(つまり相対的に見ると)同じ1秒でも遅く進む1秒の世界に存在している ことになります。

この時間の流れの差はBの移動速度が光に近づけば近づくほど大きくなります。

このように極限の速さや極限の重力に近い環境では色々奇妙な事が起こり始めます。

まとめ

今回の話しの様に宇宙では奇妙な事が当然のごとく起こっている事に驚きが隠せません。

新たな疑問も出てきましたのでもう少し勉強を続けてみたいと思います。

今回のお話はこの辺で終わりにしようと思います。

次回の記事ネタは久方ぶりの釣りネタになるかもしれませんが当ブログ時たまのぞきに来ていただければうれしいです。

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