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光とは?光はブラックホールに吸い込まれるようですが、それは何か三次元のつぶつ...

sat********さん

2019/5/1008:50:20

光とは?光はブラックホールに吸い込まれるようですが、それは何か三次元のつぶつぶのようなものだから、吸い込まれるんでしょうか?

さらっと見たけど、粒子やら波動やら難しくてよくわかり

ませんが、例えば超高性能顕微鏡で見ると、光は米粒みたいな大量の粒で出来てて、それが掃除機に吸い込まれる感じなんでしょうか?

補足回答頂いた皆様、詳細な解説を頂きありがとうございました
引力と重力違いなど考えたこともない基礎力ゼロの自分が、ふと思い立って聞いただけの質問で、こんなに詳しくかつ沢山の方から回答頂けるとは予想外でした
普通なら質問者の責任としてBAは出来るだけ選ぶのですが、今回は回答者様同士でも意見が違うところもあり、自分ではどれがBAなのか判断出来ません
よって大変心苦しいですが、投票で決定させて頂きたいと思います
皆さんの回答は、他の人の参考になると思います
どうもありがとうございました

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ghj********さん

2019/5/1023:54:02

「一般相対性理論によれば、光にも重力が働く」というだけのことで、ブラックホールかどうかは関係ありません。太陽の近くを通る光も、太陽の重力によって曲げられることが観測されています。

光にも重力が働くのは、波だからとか粒子だからということではなく、一般相対性理論では、重力とは時空の歪みであると考えます。歪んだ時空の中を進むと、光の進路も曲がるということです。

また、光を粒子として考えることはありますが、三次元のつぶつぶではなく、点として考えます。「超高性能顕微鏡で見ると、光は米粒みたいな大量の粒で出来てて」ということはありません。


ところで、下のwakさん(通称キャットバード)は、有名な「と」印の人です。
> 光には慣性質量はありませんが、重力質量があります。ですから、最速の光速度cで伝わり、かつ重力により落下します。

慣性質量がゼロで、重力質量があったら、F=ma で、F=0×a となって加速度a が無限大になってしまいます。今どき、小学生でも「と」理論だとわかることでしょう。
ところで、キャットバードさんは、このように具体的に間違いを指摘しても、「ス*ト*ー*カ*」だの「じじい」だの「wakarimasenn」だのと繰り返すばかりで、反論をしようとしません。要するに、反論できないということです。

  • 質問者

    sat********さん

    2019/5/1117:25:57

    ありがとうございます
    自分は基礎もなければこのカテの常連でもないので、F式や、小学生でも知ってる「と」印と言われても、何のことやらです

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qqq********さん

2019/5/1511:23:25

地球のように重力がある所で空間が歪むとされていて、GPSで地図情報の補正にも使われてます。
太陽の重力で空間が歪むので、日食の時に裏側にある恒星が見えて来るというのもこの事です。
それがブラックホールでは超重力なので、この歪みの為に光が抜け出せな程だと言われてます。
この為に見えないのです。
光は粒だと言われていても、即光の速さになっているので、到底手に取る事も出来ません。
エネルギーのようなもので、手に取れない理由にもなります。

ところで私はブラックホールが存在してないと思ってます。
これは単に恒星が冷えて小さくなって、光が表に出てない物の想像になります。
未だ内部に熱が篭っていて、X線は出ているかもしれません。

私は宇宙の空間が広がっているとも思えず、元からあっただけと考えて回答しているので参考に載せてみます。
この頃話題になっている、実際のブラックホールが写し出されて事にも触れてます。
https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q122062342...

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s_h********さん

2019/5/1102:16:53

一般的に使う光という言葉と物理でいう光は別なんです。
光は吸い込まれません。 光は曲がりませんし、空間も曲がりません。
強い重力によって、光のエネルギーが吸い込まれます。曲がります。
その光のエネルギーに粒子性や波動性があるのです。

これを量子といい、光の場合は光量子といいます。
その粒子性を強調した言い方が光子で、波動性を強調した言い方が光波です。
それが粒子から波動になるとか、それは古典力学の質点にあわせた表現で間違いです。

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wak********さん

2019/5/1018:47:49

光には慣性質量はありませんが、重力質量があります。ですから、最速の光速度cで伝わり、かつ重力により落下します。

そのことを詳説します。
光も物質も超ひもの振動として表されます。宇宙開闢当初光速を超えて自由に飛び回っていた超ひもは、宇宙のエネルギーの低下に伴い、『まるで激しく運動する水蒸気が温度の低下と共に動きがゆっくりとなり氷の結晶となる様に』、お互いに網状に結びつきました。

これを「真空の相転移」と言います。真空にも振動していない超ひもがあります。宇宙のエネルギーが高い時には、真空には一本一本の振動していない超ひもが自由に飛び回ってます。宇宙のエネルギーが低下すると、真空には超ひもが結びついた振動していない「超ひもの網」があります。なお、真空が相転移しても収縮することはありません。

最初の二本が結びつくとそれに合わせて他の超ひもも結びつきます。これを「自発的対称性の破れ」と言います。

光も物質も、この「超ひもの網」上を振動として伝わります。その振動自体が光速なので、なにものも光速を超えて移動することが出来ないのです。

光は何の抵抗もなくそのまま光速で真空中を伝わります。

物質も本来光速で「超ひもの網」上を伝わろうとしますが、ヒッグス粒子が生じまとわり付き動き難さと言う慣性質量を与えられます。この為に、物質は光速未満でしか移動することが出来ません。

超ひもには質量がないので、振動が減衰することはありません。ですから、光は最高速度で無限遠まで伝わることが出来るのです。

光や物質としての振動は、グラビトンと言う振動を生じ、お互いにそれを交換し合い、引き合います。これを万有引力と言います。

グラビトンは物質から出て物質に帰ります。物質は他の物質がないと、自ら発したグラビトンを自ら吸収します。この為、自分自身と引き合う形になるので、物質にはその場に留まろうとする慣性が生じます。
この理由により、物質では慣性質量と重力質量が同一なのです。

一方、グラビトンは光速で伝わるので、光に慣性は生じません。しかし、他の物質が発したグラビトンを吸収することは出来ます。ですから、物質の万有引力により落下し、重力質量を有するのです。

質量により時空間がが歪み、それが重力と観測されるとする思考様式があります。
しかし、時間と空間には実体がありません。ですから、時間と空間が歪む仕組みは、未来永劫説明不可能です。

詳細は、下記ホームページを参照ください。
http://catbirdtt.web.fc2.com/hikarinozyuuryokusituryou.html

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tat********さん

2019/5/1011:23:06

まず、ブラックホールが
「物を吸い込む天体」
という考え方は正しくないので忘れてください。

ブラックホールは強い重力を持つ天体です。

そして一般には「重力」と「引力」が
混同されていることが多く
それがこの「ブラックホールは物を吸い込む」
という勘違いの認識を生んでいます。

確かに起こっている現象を見ると
「重力」と「引力」は類似していますが
厳密には別のものなのです。

つまり大雑把に言えば
「重力」は空間を歪める作用で
「引力」は2つの物体が引き付けあう現象
という違いがあるのです。

少し詳しく説明すれば

まずあらゆる物質には
その質量に比例して「重力」という
周囲の空間を歪める作用(力)があるのです。

空間(3次元)が歪むという事は
平面(2次元)で例えるなら
平らな床に凹みや凸起がある状態と
似ているとお考えください。

平らな床をボールやタイヤが
転がると直進しますが
凹みや凸起があると
進路が曲がりますよね。

そして、その凹みが大きいと
進路はその凹みの中央に吸い込まれる様に
曲がって進むようになります。

凹みがドンドン深く
大きくなり「穴」みたいになると
ボールやタイヤはその穴の周囲で
曲がってそこに落ちて行くことになります。

ある大きさ
ある深さまでの凹みなら
スピードが速いと
勢いでそこに落ちないで通過できますが

それにも限界があり
ある程度以上の深さや大きさがある
凹みでは、どれほど速度を上げても
穴の底に落ちてしまう状況になりますね。


光は「空間」を直進する”電磁波”の一種です。

質量は無いですが
「空間」を使って進む現象ですから
その「空間」が歪んで凸凹状態だと
当然、真っ直ぐ進めない事になります。

強い重力を持つブラックホールは
上記の例で言う
どんなに頑張っても
穴の底に落ちるレベルの
空間の歪みを持っている存在と考えてください。

空間を使って進む光には
空間を歪める重力の作用を
無視して進むことはできないので
強い重力を持つ天体の近くでは
その空間の歪みに沿って
進路が曲がり

それが大きな重力ほど
曲がる度合いが大きくなり
光の速度では曲がりきれないくらい
空間が歪むじょうたいになってる
ブラックホール付近では
結果的に光が曲がって
その中に落ちてゆくように見え

それがまるで「吸い込まれている」ように見えるので
「ブラックホールに光が吸い込まれる(ように見える)」
と一般には解説されてしまうわけです。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

ちなみに「引力」というのは
この「重力」(空間を歪める作用)がある物質が
2つ以上ある時に、互いの重力(空間のゆがみ)で
互いを引き寄せるような作用が起こる現象を言うのです。

つまり「重力」は物質個々が持つ作用(力)ですが
「引力」は2つ以上の物質がないと起こらない現象なのです。

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sil********さん

編集あり2019/5/1017:50:45

光(光子)がブラックホールから脱出できない理由は先の回答者の方が述べられているとおり、光は重力によって歪んだ空間に沿って進むため、ブラックホールの外に向かう方向がない事象の地平面内部ではブラックホールの外へ向かいようがない、という理由です。吸い込まれるというか道が無いわけですね。

では光とは何か?という質問については簡単に言い表すのは難しいです。正確に書くと論文になるので極めて雑に説明します。

我々や星々など通常の物質を分解していくと「フェルミ粒子」という種類に分類される素粒子になります。これは「同じ場所に同じ状態の粒子が同居できない」タイプです。同じところに二つの粒子はいられない、という感じです。そこに何か原子があったら他の原子は押しのけられてしまう、という感覚ですから分かりやすいと思います。

光は「ボース粒子」という種類の素粒子で「なんぼでも同じ場所にいてもOK」な粒子です。
なので粒として振る舞ったり波として振る舞ったりするいろんな性質を一つの光子が持っていても何の矛盾もありません(一粒の光子に見えていますが、我々フェルミ粒子族が言う「一粒」とは話が違います)
なので三次元的な粒かというと「そうでもあるしそうでもない」みたいな話になります。
この辺は感覚的に分かりにくいので素粒子を学ぶ最初の壁ですね。

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