物理理論構築の試み ブラックホールに落下する物体例えば宇。特殊相対性理論で表す空間は慣性座標系という全域で一様な時間経過のある日常的空間なのでそこで運動する物体の時間遅れが座標系時間との対比で簡単に表せます。ブラックホールに落下する物体と光について ブラックホールに落下する物体(例えば宇宙船)は、事象の地平面で主観的に光速に達しますが、この現象に関して以下のように考えてよいでしょうか ①あくまで自由落下による加速(慣性飛行)なので、燃料噴射のように、光速に近づくと加速するためのエネルギーが無限大に近づく現象とは別問題 ②光速といっても、それぞれ慣性系における宇宙船とブラックホールの接近速度に過ぎないので気にする必要はない ③重力を空間の歪みと考えると、重力作用による物体の光速到達は、宇宙空間の膨張が光速を超えるのと似た現象なの ④事象の地平面を通過する光は、離れた観測者からも近くにいる光速に達した宇宙船の乗組員からも等しく光速に見える よいでしょうか とか言いつつ、随分適当なこと書きましたが(特に③)、どうぞよろしくご教示願います 第2回:光よりも速く飛ぶ。光の速さを超えるスピードで宇宙を飛翔する「超光速航法」。しかし。そんな
夢の大きさと反比例するかのように。超光速航法の実現性は否定され続けている
。最新作が話題となった『スター?ウォーズ』。またブラックホールのリアル
な描写でも話題になった映画『インターステラー』など。枚挙にいとまがない。
もし。光よりも速いものが存在したとしたら。このアインシュタインの相対性
理論。すなわち現代の物理学の根幹をなす理論と矛盾してしまい。

ブラックホールにまつわる10の驚くべき事実。ブラックホールは。その重力で光さえとらえてしまう。宇宙で唯一の天体だ。
ブラックホールは。質量の大きな恒星が崩壊する際。非常な高密度になって周囲
の時空を歪めるようになったものだと考えられている。円盤の内縁に位置し。
事象の地平面の端に最も接近している物質は。円盤の外縁を回る物質に比べて
回転速度が大幅に速い研究者の間では。ブラックホールが生み出すこの種の
エネルギーを将来。宇宙船の動力源に利用するアイデアが提案されている物理理論構築の試み。ブラックホール中心と。それに付随する事象の地平が全天に等距離に広がり。
その球体の中心にいる様に観測される。巨大なブラックホールの場合。自由
落下観測者がシュバルツシルト半径を超えて落下しても。そのことに気づかない
場合が小さな落下物体を吸収しただけでブラックホールの質量エネルギーが∞
になるはずはないから。この落下物体の質量は-∞にならなくてはならない。
しかしこのような物理的にはありえない-∞などという結論は回避しなくては
ならない。

ブラックホールに近づくとどうなる。そして「これ以上近づくと脱出速度が光速を超える」いわゆる「出られない」
という限界の距離があります。そして引きちぎられてバラバラになり。
ブラックホールの中に吸い込まれてしまうと考えられています。 この様子を他の
天体から眺めてみると。一般相対性理論によれば。まず落ちていく物体は。重力
でものすごいスピード次にその物体がいつまでもそこで止まっているように
見えます。そして最終的には「事象の地平面」の位置で「停止してしまう」

特殊相対性理論で表す空間は慣性座標系という全域で一様な時間経過のある日常的空間なのでそこで運動する物体の時間遅れが座標系時間との対比で簡単に表せます。早い話、その座標系で速度を持てば時間が遅れてる…です。でも一般相対性理論が表す重力場は場所によって時間が違うので速度があっても時間が遅れてるとは限らない。エンジン無しの自由落下ならその場所の時間経過と等しいので遠方の平坦時空の観測者が見る物体は落下するに従って時間が遅れていきます。これは光でも同じです。ブラックホール近傍を通過する光は接近するにしたがって減速し、近地点通過後に加速していきます。普通の天体なら近地点で軌道速度が最大の筈だけど光の速度近辺では時間遅れ効果での減速の方が大きい。減速と言いましたが光速は一定なので変動してるのは空間距離です。重力場では空間が伸びてるので遠方観測者が見る光は実は見た目より長距離を進んでるから減速するように見えてるだけ。そして光速が遅く見えてるからその場所の時間が遠方の平坦時空に比べ遅れてるという事になるんです。で、アンサーですが>①あくまで自由落下…そうです。光速に近くても質量が無限大になるなんてことはありません。>②光速といっても…そうです。自由落下は慣性系で言う静止と変わらないから接近速度は相対速度じゃないです。>③重力を空間の歪みと考えるとそうです。宇宙膨張は宇宙全域で時間が遅れてる=空間が伸びてる=天体は自由落下してる…と考えて構わないと思いますが全域での時間遅れなど比べる相手が存在しないので宇宙膨張=空間膨張…だけでいい筈。>④事象の地平面を通過する光は遠方観測者からは光も地平で停止します。なにしろ時間が止まるので光も宇宙船も区別無しです。宇宙船の固有時では近くを通過する光は光速で変わらないです。遠方平坦時空からブラックホールの極端に曲がった時空を表すとアキレスと亀のように無限で記述不可能状態になるから④は時間や運動を表す座標系が不適当なためと考えた方がいいです。実際はブラックホールも単なる天体なので自由に動けます。時間停止位置など構わずに移動できるから停止位置も併せて移動してます。時間停止でも動ける…つまり絶対的な時間停止じゃなかったアキレスだって平気で亀を追い抜ける…のが分かります。まず、本件の前提となるブラックホールに落下する物体と光について。ブラックホールに落下する物体例えば宇宙船は、事象の地平面で主観的に光速に達しますが、この現象に関して以下のように考えてよいでしょうか?と言う部分に正しくないと思われる箇所あると思います。つまり、ブラックホールに落ちた物体が物体の状態のままその速度が光速に達する事はありません。つまり、相対性理論で考え場合の物体が光速に限り無く近い速度になるとその物体の質量がその加速度分だけ増加する???という現象を忘れていると思われます。もし、光速に限りなく近い速度まで物体が加速されるとその物体の質量は加速度分に比例して増加するので理論上は光速に達した時点で質量が無限大になると考えられます。しかし、実際にはそこまで質量が増加する前に物質を構成する粒子が自分の出す重力に耐えられなくなり押しつぶされてしまうので物体として状態を保てない為にどこかの加速度の負荷の時点で物質としては消滅し存在はエネルギーと化してします。具体的には電磁波エネルギーつまり「光」に変換されるでしょう。光エネルギーとなった元物質は当然「光速」となりその速度で事象の地平に到達する???という事です。①あくまで自由落下による加速慣性飛行なので、燃料噴射のように、光速に近づくと加速するためのエネルギーが無限大に近づく現象とは別問題?物体が加速する状態には落下もエンジンなどの推力による場合も物理学的には区別はありません。従ってブラックホールに落下した物体もまた例外なく重力加速度で質量が増しどここの時点で上記に通り物質からエネルギーに変換されてそれが事象の地平に到達する訳です。②光速といっても、それぞれ慣性系における宇宙船とブラックホールの接近速度に過ぎないので気にする必要はない?この場合の物体と相対関係を持つのは空間時空間です。ブラックホールが作る歪んだ時空間に対してそこを加速されて移動する物体???という官界の中で考えましょう。③重力を空間の歪みと考えると、重力作用による物体の光速到達は、「重力作用による物体の光速到達」と言う部分が上記で書いた通り「物質がエネルギーに変換される状態」と考えましょう。一方で宇宙空間の膨張が光速を超えるのと似た現象なの?と言う部分は全く別の話です。宇宙空間の膨張が光速を超えるのは「空間の膨張」という現象の仕組みによる物です。長さ1mのゴム紐があります。その真ん中に点Aがあります。ゴムの片側を固定して反対側を秒速1mで引っ張ったとします。すると1秒後にゴムは2mになり中央の点Aと両端までの距離は1mとなりますね。これを固定した側から見た場合ゴムの中央の点Aは秒速0.5mで離れて行った状態となります。つまり、ゴムを伸ばすような現象では点Aは常に両端から見てゴムの伸びる速度の半分の速度で離れているように見えるという事です。では逆にこのゴムが無限の長さである時に1mの場所が1秒で1m伸びる場合に2mの距離にあったゴムは1秒後には何mにあると言えますか?答えは4mとなりますね。つまりこうしたゴムが伸びるような現象では距離が遠くなる場所ほど速い速度で離れている状態になる訳です。つまり、この無限ゴムで考えると最初2mの距離の場所は1秒で4mまで離れ4mの場所は1秒で8m離れ8mの場所は16m???るとなりますね。そうして考えればどこかの距離の時点でこの離れる速度が光速を超える状態になります!この状態が3D的な全方向でおこっているのが宇宙の膨張という現象です。この場合このある距離より遠い場所は光速以上で離れています。しかしその離れた空間自体は伸びたゴムの上に止まっている状態ですから決して空間や周囲の何かに対して光速で移動していません。また、その光速以上の場所から逆に見ればその場所は止まっている状態で周囲が膨張して見える訳です。地球から見える光速で離れている天体からは地球の方が光速で移動して見えている訳ですがどちらの天体もその場所空間に対しては移動していないという事です。>事象の地平面で主観的に光速に達します「主観的に」達するでしょうかね?相対論にもとづいて考える相対論に基づかない場合はそもそもブラックホールが存在しなくなるので意味がないと、どんな観測者からも光速は光速ですから、落下する物体からブラックホールを観測しても「光速で落ちているようには観測されない」のでは?あくまでも事象の地平面は「領域外から観測した場合に限って脱出速度が光速以上になるだけ」で、落下する物体が光速以上で落下しているようには観測されない時間の進みが遅れるからはずですよ。あくまでも物体の「主観」ではね。

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