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zoom RSS ブラックホール入門の内容を想像する(1)

<<   作成日時 : 2014/12/04 00:01   >>

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2015年01月15日からgacooga020: ブラックホール入門が始まります。一番楽しみにしている講座なので、紹介記事から内容を想像してみようという記事です。

第1週のシラバスの要約は次のようです。

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第1週:ブラックホールとは

・イントロダクション
  ブラックホールの歴史

・ブラックホールとは?
  四つの力と万有引力
  光の速度
  脱出速度とブラックホール
  光の湾曲 
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ブラックホールの歴史なら想像できるかも知れません。

ここを見ると、1700年代の後期にブラックホールのアイディアが出ています。

まず、1783年にイギリスの天文学者 John Michell(1724-1793) のアイディアです。
当時は、「光の粒子説」が主流だったので、この光の粒子も重力の影響を受けるだろうということと、光速がほぼ一定であることが天体観測で分かっていました。また、星の引力圏からの脱出速度の考察から、重力が強いと光でさえ脱出できない星があるだろうということです。

13年後の1796年にフランスの有名な数学者・天文学者・物理学者である Pierre Laplace も同様なアイディアを得ました。

なお光が脱出できない半径は「Newton 力学で Schwarzschild 半径を導出できるが、、」で説明した計算で求められます。

さて1800年代初期に、干渉の実験で光の波動説が有力となり、光波は重力の影響を受けないと考えられたので、「暗い星(dark stars)」という仮説に対する関心は払われなくなったようです。

さて、1915年に Albert Einstein によって提唱された一般相対論は新しい重力理論であり、物質の周りの時空は湾曲し、光はその曲がった空間に沿って進行することになります。この時空の曲がりが実測されて、John Michellの仮説を許容する環境になってきました。

この年に、ドイツの天文学者 Karl Schwarzschild(1873-1916) が「時空が球対称で自転せず、さらに真空である」という最も単純な仮定から Einstein 方程式を解いて所謂 Schwarzschild 解を得ています。
東海岸方式を使うと、
 
と書き表わされます。
ここで、
 
とすると、上式の第1項はゼロ、第2項が無限大に発散してしまいます。この r を Schwarzschild 半径とか「事象の地平線」とかいいますが、「Newton 力学で Schwarzschild 半径を導出できるが、、」で示したように Newton 力学でも求まるものです。

この後、オッペンハイマーとかホーキングとか続くことになりますが、それは後記事で書くことにします。

今日はこの辺で。。


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