質問: ブラックホールに落下した素粒子はどうなりますか?
回答: ブラックホールの正体は、大質量がプランク密度まで圧縮されたものです。ですから、ブラックホールに落下したものは、プランク密度まで圧縮され、ブラックホールの一部となります。 そのことを説明します。 ブラックホールは大きさの無い点(特異点)ではありません。この宇宙の最大の密度はプランク距離立方(プランク体積)にプランク質量があるプランク密度です。 ですから、ブラックホールと言えどもプランク密度より高密度になることはありません。 では、ブラックホールの密度と大きさを考察します。 恒星は自己重力が強いのですが、核融合反応による爆発力により、双方の力が釣り合い一定の大きさを保っています。 しかし、核融合反応が終わると自己重力のみとなります。質量が太陽の約30倍以上ある星の場合、自己重力により核が収縮(重力崩壊)を続けます。つまり、自分自身の中に落下し続けます。この様にして、非常に小さいけれども巨大質量を持つブラックホールが出来上がります。 太陽の質量は、(1.9891×10^30)kgですから、太陽の30倍の恒星の質量は(5.9673×10^31)kgです。この様に、ブラックホールは無限大の質量を持つ訳ではありません。 では、どこまで重力崩壊を続けるのでしょうか。太陽の30倍の質量が全てブラックホールになった場合を想定して、そのブラックホールの大きさと密度を求めて見ます。 超ひも理論では、物質を構成する基本粒子は、1本の超ひもの振動として表現されます。 1本の超ひもの長さはプランク長Lp(1.616229×10^-35)mです。その上を振動が光速c(2.99792458×10^8)m/sで伝わります。1本の超ひもの端から端まで振動が伝わる速さがプランク時間Tp(5.39116×10^-44)sです。従って、 1c=Lp/Tp=(1.616229×10^-35)m÷(5.39116×10^-44)s=(2.99792458×10^8)m/s です。 また、1本の超ひもの振動数が多くなるほど質量が増えエネルギーが増します。そして、最短時間であるプランク時間に1回振動する超ひもが最もエネルギーが多くなります。この時の振動回数は、(1/Tp)回/秒です。 ただし物質波は、ヒッグス粒子により止められ円運動しています。ですから、半径プランク長lpの円周上を1回回る間に1回振動する物質波が最も重い粒子です。これを「プランク粒子」と言います。この時2πtpに1回振動します。ですから、周波数f=1/2πtp[Hz]です。 そして、「光のエネルギーE=hf(h=プランク定数、f=周波数)」なので 1本の超ひものエネルギー=プランク定数h×周波数f=(6.626069×10^-34Js)×1秒間の振動数 です。従って、 プランク粒子のエネルギーE=h/2πTp=(1.956150×10^9)J です。これをプランクエネルギーEpと言います。「E=mc^2」なので、 最も重い1つの粒子の質量=プランクエネルギーEp÷c2=( 2.17647×10^-8) Kg です。これをプランク質量Mpと言います。 ※プランク時間tpとプランク距離lpは、従来の物理学が成立する最短の時間と距離です。これより短い時間や距離では、従来の物理学は成立しないのです。 それは、全ての物理現象が1本の超ひもの振動で表され、その長さがプランク長lpで、最も周波数の高い振動がプランク時間tpに1回振動するものだからです。 ただし、物質波はヒッグス粒子により止められ円運動しているので、最短波長は半径プランク距離lpの円周2πlpとなります。超ひもの振動は光速度cで伝わるので、この最も重いプランク粒子は2πtpに1回振動します。 決して、πは中途半端な数字ではなくて、幾何学の基本となる重要な意味を持つ数字です。 そして、超ひもの振動自体を計算するには、新しい物理学が必要となります。それが、超ひも理論です。 最も重いプランク粒子が接し合い、ぎゅうぎゅう詰めになった状態が最も高い密度です。1辺がプランク距離の立方体(プランク体積)の中にプランク質量Mpがあるので、 最も高い密度=プランク質量Mp÷プランク体積=( 2.17647×10^-8) Kg÷(1.616229×10^-35m)3=(5.157468×10^96)kg/m3 です。これをプランク密度と言います。 太陽の30倍の質量の物質も、プランク密度まで小さくなります。ですから ブラックホールの体積=太陽の30倍の質量÷プランク密度=(5.9673×10^31)kg÷(5.157468×10^96)kg/m3=(3.856737×10^-67)立米 です。この体積の球体の半径rを求めて見ましょう。球の体積V=(4/3)πr^3なので、 ブラックホールの半径r=[3]√{V×(3/4)π}= r=[3]√{(3.856737×10^-67)立米×(3/4)π}=(4.515548×10^-23)m です。 この様に太陽の30倍の質量を持つ恒星がブラックホールになった場合、その重さは(5.9673×10^31)kgで、その大きさは半径(4.515548×10^-23)mの球体です。 プランク時間tpとプランク距離lpは、従来の物理学が成立する最短の時間と距離です。これより短い時間や距離では、従来の物理学は成立しないのです。 それは、全ての物理現象が1本の超ひもの振動で表され、その長さがプランク長lpで、最も周波数の高い振動がプランク時間tpに1回振動するものだからです。 ただし、物質波はヒッグス粒子により止められ円運動しているので、最短波長は半径プランク距離lpの円周2πlpとなります。そして、超ひもの振動は光速度cで伝わるので、この最も重いプランク粒子(波長2πlpの最短の物質波)は2πtpに1回振動します。 決して、πは中途半端な数字ではなくて、幾何学の基本となる重要な意味を持つ数字です。 そして、超ひもの振動自体を計算するには、新しい考え方が必要となります。それが、超ひも理論です。これは、ニュートン力学→量子力学+相対性理論→超ひも理論と発展したもので、前者を否定するものではありません。 詳細は、下記のホームページを参照下さい。