ブラックホールとは何ですか？ブラックホールがどのように形成され、振る舞うかについての事実、理論、および混乱

「ブラックホール」という言葉を聞くと、結婚式のビュッフェで叔父のようにすべてをそのマウに吸い込む、回転する渦について考えるかもしれません。あなたは星がスパゲッティのようにそれに向かって引っ張られ、それが存在しなくなるまでボイドの周りを羽ばたくのを想像するかもしれません。現実はそれほど単純でも、美味しくもありません。これが私たちの入門書です。

ブラックホールとは何ですか？

ブラックホールは何世紀にもわたって物理学者を混乱させてきましたが、簡単な説明は、光でさえその引っ張りから逃れることができない、そのような強い重力を持っている時空の領域です。

ブラックホールについて最初に理解することの1つは、ブラックホールは空のスペースではなく、非常に小さな領域に圧縮された問題であるということです。たとえば、ブラックホールの質量は20個の星ですが、ロンドン中心部のサイズにすぎません。その密度は、時間と空間の法則に奇妙なことをします。これらの1つは、事象の地平線と呼ばれる理論上の障壁の出現です。

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アルバートアインシュタインの一般相対性理論では、事象の地平線は戻り不能点です。オブジェクトが事象の地平線に近づくにつれて、その粒子がたどる経路はブラックホールに向かって曲がります。事象の地平線が破られると、時空の変形が非常に大きくなり、粒子が外側に移動する方法がなくなります。

これは、光が重力の特異点に向かって前方に引っ張られて逃げることができないときに、穴が黒くなるポイントです。時空が非常に歪んでいる点、その曲率は無限大です。ここでは、私たちが理解しているすべての物理法則が窓の外に投げ出されています。特異点で何が起こるかは誰にもわかりません。

ブラックホールの大きさはどれくらいですか？

ブラックホールには4つのクラスがありますが、そのうちの2つは架空のものです。スペクトルの上端には超大質量ブラックホールがあり、ほとんどの銀河の中心にあると考えられています。いて座A *として知られている私たち自身の天の川にあるものは、4400万キロメートルに及ぶ事象の地平線で400万の太陽の質量を持っていると考えられています。

スペクトルの下端にはマイクロブラックホールがあります。これは単一の原子と同じくらい小さい可能性がありますが、実際にはこのサイズを測定していません。これら2つの間には、仮想の中間質量ブラックホールと恒星ブラックホールがあります。これは、太陽の約3倍以上の質量を持つ星の崩壊によって作成されたものです。 black_hole_nasa

（恒星ブラックホールのアーティストの印象はくちょう座X-1。クレジット：NASA / CXC / M.Weiss）

もう1つの興味深いカテゴリは、1971年にスティーブンホーキングによって最初に提案された原始ブラックホールです。これらの架空のブラックホールは、星が誕生する前の宇宙の誕生中に形成された可能性があり、暗黒物質の存在について重要な説明を保持している可能性があります。。

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Ligo-Virgoのパートナーシップと重力波の検出のおかげでこれは変わる可能性がありますが、それらを見つけるための努力はこれまでのところ乾燥しています。時空の構造の波紋を検出できることは、星より前のブラックホール連星の合併を振り返って、さらなる調査への道を開く可能性があります。

私がブラックホールに陥った場合、私はどうなりますか？

あなたがブラックホール（私のコミッション）に吸い込まれていることに気付くほど運が悪ければ、いくつかの奇妙なことがあなたに起こり、さらにいくつかの奇妙なことが安全な距離からあなたを見ている誰かに起こるでしょう。

オブジェクトが事象の地平線を突破したときに何が起こるかは簡単には理解できません。これは、量子力学と一般相対性理論という2つの異なる物理モデルが互いに矛盾するポイントだからです。

ブラックホール情報パラドックスと呼ばれるこのクアドラムの優れた記述があります。アマンダゲフターBBC 。その要点は次のとおりです。あなたが事象の地平線を突破するのを見ている人にとって、あなたは空間の歪み、時間の減速、ホーキング放射の熱によってゆっくりと消滅します。ブラックホール。

だからあなたは死んでいますよね？ではない正確に。一般相対性理論によれば、あなたは実際に事象の地平線を通過し、自由落下するので重力の影響に気付かないでしょう（アインシュタインが彼と呼んだもの）最も幸せな考え）、特異点に向かって転がります。

しかし、どのようにして宇宙を旅し、同時にカリカリに焼かれることができますか？この難問は、量子物理学が情報を失うことはできないと言っているために起こります。したがって、あなたの体は地平線の外に留まらなければなりません。ただし、事象の地平線を越えないと、一般相対性理論の法則に違反することになります。科学者たちは、これらの相反する自然法則を調整するための多くの解決策を仮定していますが、パラドックスは物理学の中心にある継続的な疑問符です。

ブラックホールに関して言えば、逃げられないのは光だけでなく、何世代にもわたる思想家の頭脳でもあります。