質問: ブラックホールは存在できるのでしょうか? 始めまして、 ネットや書籍(初心者でも解るレベル)にて、ブラックホールについて調べていますと良く以下のような説明が出てきます。 ブラックホールは体積0、質量無限大で無限に光さえ落ち続けるとありますが、無限に落ち続けるとは宇宙を2次元にたとえて、重いものほどその面が沈見込むイメージで、ブラックホールはその沈見込が無限に続いてるとイメージすればなんとなく解るのですが、体積0と言うのが良くわかりません。体積がゼロならそもそもこの宇宙に存在していない事になるような気がするのですが?。それでもブラックホールの回りに影響をあたえている以上やはりそこに存在しているのでしょうか?。 光は静止質量ゼロですが光が静止することは無いと思いますし周波数分のエネルギーがあるので質量もあるので重力に捕らえられるのもなんとなく解ります。 なぜ光(光子)は静止できないのですか?、素粒子は全て静止状態は取れないのでしょうか?それとも光子だけ特別なのでしょうか? 説明が下手で申し訳御座いませんが、よろしくお願いいたします。
回答: ネットや通俗的な科学書で調べても、それ以上議論は進展しません。生半可な知識でブラックホールについて議論しても無意味だと思います。専門書の熟読をお薦めします。 ブラックホールについてだけ考えるならば、m理論等の量子重力論まで持ち出す必要はありません。ブラックホールは幾何学的には、事象の地平線であるschwarzshild半径の球ですから、有限の体積を有します。schwarzshild半径の外部にいる観測者にとっては内部まで知ることはできないのですから、それで十分です。体積ゼロまで考える必要はありません。 しかし、schwarzshild半径は見かけの特異点です。kruskal座標によって座標変換すれば内部解と外部解を接続することができます。そうすると、特異点はr=0の1点のみとなります。この特異点の性質を論ずることは今の物理学にはできません。m理論等の空想の理論はありますが、ブラックホールの解明までは程遠いという感が否めません。 >なぜ光(光子)は静止できないのですか?素粒子は全て静止状態は取れないのでしょうか? ことばの自己矛盾かも知れませんが、光子の静止質量はゼロだからです。光子に限らず、静止質量ゼロの素粒子は静止することができません。(量子論の不確定性原理はこの場合考慮していません。)静止質量がゼロの粒子が静止できず、なぜ、光速度で走ってしまうのかについては、厳密ではないですが、e^2-(cp)^2=(mc)^2で考えればイメージすることができます。ニュートリノも静止質量がゼロなら光速度になります。(ニュートリノが静止質量を有することを疑問視する人も多数いますから、ノーベル賞をもらえるかどうかは難しいですね。)ただ、はっきり言えることは重力子(存在するかどうかは別問題ですが)の静止質量はゼロでしょうね。