ブラックホールと特異点について

質問

全くの素人です。
星に関する本を読んでいて疑問に思ったことがあるのですが、教えて下さい。

太陽より数十倍もの質量を持つ恒星は、晩年期に超新星爆発を起こし、ブラックホールを形成すると、説明されています。

ブラックホールとは恒星が爆縮を起こして形成されたなんらかのコア（縮小しきれなかった星は中性子星ですよね？）からの重力の影響範囲の一部であって、光すら脱出できない部分のことですよね？

では、ブラックホール程の重力を形成するに至ったコアの部分は理論的にはどれ位の大きさなんでしょうか？（観測できないからブラックホールなんでしょうし、理論で結構です）
また、どんどん縮小していって今の科学理論が追いつかなくなってしまう部分からを特異点と理解しているのですが、どれくらいの大きさからなのでしょうか？

私の頭では無限大に小さくしてしまうと物体そのものが完全に消えてしまい、ブラックホールそのものもないじゃん！ってことになってしまうものですから。。。

私の理解で間違っている部分の指摘も宜しくお願いします。

回答No.8

darkhelon

特異点など「解」が得られない部分が存在する以上、理論じゃ無いと思う罰当たり者です。
数学の世界では、ポアンカレ予想のように「後一歩！」に見えた天才数学者達の想像を絶する方法で「解」を得る論理方程式出して来て、「解が得られちゃった・・」事も有りますので、まずは相対性理論＋特殊相対性理論が本当に正しいのか？を検討しなければ解決まで至らないかと思います。

スーパーコンピューター駆使してバリバリ検証させちゃっている偉い物理学者様達でもまだ解」を得るまで「後一歩！！」みたいなので、相対性理論が全部転覆するという大ハプニングが起きる可能性さえ有ります。
まだまだ、今後の検証や新しい側面からの研究を待つ必要が有るかと思います。

回答No.7

hiffam

ブラックホールという天体の概念はシュバルツシルトがアインシュタインの重力場の方程式を半径ゼロに質量が集中した質点（＝数学的にいうと特異点）を仮定して解いたことに始まります。というのもアインシュタインの重力場の方程式は数学的に解くのが難解で質量に半径を持たせると解けなかったからです。ゼロが特異点といわれるゆえんで重力はおのずと無限大となり数学的には発散します。よって脱出速度は光速を超えて何もそこからは出てこれないというブラックホールの考え方生まれました。実際には重力無限大なんてありえませんので実際にはその質量集中度合が増すと重力はこれに比例して強くなりブラックホールになり得ると考えられています。このブラックホールの大きさはその質量により脱出速度が光速を超える半径（シュバルツシルド半径＝時空の地平線）で
ｒ＝２ＧＭ／Ｃ^２　Ｇ：重力定数　Ｍ：質量　Ｃ：光速
ちなみに地球の質量であれば半径１cmとなります。言い換えれば地球が半径１CM以内に収縮できればブラックホールになり得るとなるわけです。アインシュタインの一般相対性理論によれば質量を持った物質を光速で運動させる為には無限大のエネルギーが必要となる為（だから光子に質量は与えられていません）この半径内は実質重力無限大といえます。これが宇宙物理学上一般的な特異点問題です。
　しかしこのような質量の集中が実際に起こるかどうかはわかりませんでした。しかし天体の進化の過程で起こる可能性があることがわかってきました。太陽の６倍以上の質量のある天体は自らの重力え自らを圧縮内部加熱をして核融合を進め（質量により内部の温度は決まり核融合がどこで止まるか決まります。太陽は水素がヘリウムになる時点で止まります。）最後は超新星爆発を起こします。ここで外層が飛び散った後中心に中性子からなる非常に密度の高い星が残る場合がありますます。これが中性子星でその質量が太陽の２倍あれば安定して存在し得るといわれています。この質量がかなり大きい場合は自らの重力で量子力学的に重力崩壊を支えきれずに果てしなく収縮してシュバルツシルト半径を形成しそうだと考えられています。
　量子力学的に考えれば質量とエネルギーは等価でただ単に形を変えたものですので中性子もクオークに崩壊このクオークも崩壊してエネルギーにこのエネルギーがみちみちているような想像を絶する世界です。とてつもない高エネルギーですので未知の粒子の形をしているかも知れません。以上あくまで理論的な話でブラックホールは観測できませんし／こんな高エネルギー状態の実験もできませんので真偽はいまだ謎です。

参考URL：

http://www3.osk.3web.ne.jp

回答No.6

furu007

ttstさんがお書きになられた、事象の地平線（シュバルツシルト半径）は
ブラックホールの「大きさ」の一つの指標です。

事象の地平線に入り込んだ光は、そこから抜け出る事が出来ません。
我々が物を見る時には、下記の2種類の見方があります。
１、その物が光っていて、その光を見る。
２、その物に他からの光が当たり、その光が反射した物を見る。
項２を拡張すると、真っ黒な物の後ろに光があって、その真っ黒な物が光を遮って影となって見える事も言えます。
ブラックホールはまさにこの状態です。　（厳密では無いですが）この時の「影」の大きさが
ブラックホールの大きさ（の定義の一つ）と言えます。

回答No.5

ttst

すいません、補足です。
重力はその中心点からの距離の２乗で弱くなります。したがって、私達の太陽をりんごの大きさまで圧縮しても、太陽と地球の距離が変わらない限り地球は、太陽ブラックホールの周りを1年で一周し続けます。りんごの大きさの太陽ブラックホールに近づいて行けば行くほど重力が強くなりある所を境にして、脱出速度が光速を超えます。このある所は、球面上にあって、これを事象の地平面といいます。

回答No.4

ttst

私達の太陽をりんご程度の大きさまで圧縮するとブラックホールになります。
この場合のブラックホールは、りんごぐらいの大きさですね。
　重力の物をひきつける作用を引力と言いますが、この引力からのがれるためには、重力の方向に対して直角(正確にはベクトルですが)に直線運動すればよいのです。私達の地球の引力からのがれて宇宙へとびたすためには、秒速8ｋｍぐらいのスピードが必要です。これを、脱出速度といいますが、この脱出速度が光の速さを超えてしまうような天体をブラックホールといいます。脱出速度を決めるのは、引力の強さ、つまり重力ですね、重力というのは、重さのことです。したがって、理論的には、脱出速度が光速を超えるようなすごく重い天体であれば、それが土でできていようが、水でできていようがブラックホールです。ただ、そんなに重くなると重力崩壊といって全ての原子核の周りにある電子がすさまじい重力によって原子核の中の陽子に押し込められてしまい全ての原子核は中性子になってしまうのですね、だから、プラックホールは中性子だけでできていてます。そして、中性子だけになってしまうと重力崩壊は、止まります。もうこれ以上圧縮できないところがあるわけです、そこまで行ったら、その中性子星の大きさが確定します。そして、その中性子星の脱出速度が光速を超えるほど重ければブラックホールとなる訳ですね。
　無限大に小さいのではなく大きさは確定できます。重力が無限大になる可能性をもっているから特異点といわれている訳です。

回答No.3

sarudoshi

以前、私が見たところを下記に紹介します。具体的な大きさまでは載っていないようですね。すみません。

これに対して、下記のようなものもあります。
http://www3.osk.3web.ne.jp/~redshift/th1.html
ご参考になれば幸いです。

参考URL：

http://www.st.rim.or.jp/~naot/death.html

回答No.2

alfeim

#専門家ではないので間違ってるかもです

ブラックホールはその重力の強さで周囲の空間自体を捻じ曲げてしまいます。
ここで問題になってくるのは「大きさ」すなわち「長さ」は何を基準に決めるか？という事になってきます。
我々が住む通常空間においては光速を元に決定されているわけですが、そうすると光すら脱出不可能＝光が進めない＝距離は存在しない という事が成り立ってしまうわけですよね？
ブラックホールは無限に「潰れて」いるわけですから大きさは当然0、という事になりますが、周囲の空間の曲率は無限に大きくなり、且つ光も進めない＝距離も無いという事になるのではないでしょうか？
そうすると物差しが無いため、大きさは当然測れない、という事になると思います。

#私の適当な回答よりも識者の方がちゃんとした解答をつけてくれる事を求む(^^;

回答No.1

m_chappy

私も一般人なので、詳しい人が訂正や補足をしてくれると期待して。。。
中性子星って、巨大な重力に原子が押しつぶされて、原子核に電子が取り込まれちゃって中性子になった物質でできた星ですよね。ある重力ではそこで安定するんでしょうが、もっと大きい重力では、中性子だけになった物質も更に押しつぶされて行くということだと思います。こうなっちゃうと、もう重力に抗う力は何もなくて、無限に小さくなる、これがブラックホールって思ってます。従って、感覚的には、何も無いような所に巨大な重力だけが存在する、って感じでしょうか。だから大きさって無いんじゃないですか？