物理理科統計力学・相対性理論

ブラックホールに吸い込まれた時に起きる「スパゲティ化現象」とは?理系ライターがわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。ブラックホールに吸い込まれる?そんな恐ろしいことは想像したくないが、ブラックホールだって一種の天体。ブラックホールに吸い込まれる現象は地球上で重力に引っ張られているのと同じ原理(ただし、重力の大きさは桁違い)。地球レベルの重力だと、重力に引っ張られて伸びでしまうことはないが、超強力な重力で引っ張られると上下に伸びていってしまう。スパゲッティ化現象だ。

理系ライターのR175とそのメカニズムを解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

R175

ライター/R175

関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の高校理科の教員免許も持っている。エンジニアの経験があり、教科書の内容に終わらず実際の現象と関連付けて説明するのが得意。

1.強力な重力

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ブラックホールとは、光でさえ脱出出来ない強力な重力を持つ天体。「光でさえ」と表現したのは、光が宇宙で最も速く移動するからです。天体から脱出出来るか否かは速度によって決まるもの。例えば地球上で自転車やクルマといった程度の低速で移動していても地球からでていくことはありません。宇宙に出て行くにはロケットのように超高速で移動する必要がありますね。

速ければ速いほど天体から脱出しやすいもの。アインシュタインの一般相対性理論によれば宇宙最高速を有するのは光で、地球の重力なら余裕で脱出可能。しかし、ブラックホールと呼ばれる天体は光の速さでさえ脱出出来ないくらいの強力な重力を持っています。

2.万有引力

2.万有引力

image by Study-Z編集部

重力の原因は万有引力。その名の通り、どんな物体同士にも働いている力(イラスト参照)。例として、地球と石、地球とAさんの、Aさんと石の間に働く万有引力を示します。表の通り、実はAさんと石の間の万有引力も働いていますが、非常に小さい値に。地球のような大質量の物体があれば意味をなしますね。

3.万有引力と重力のズレ

質量10kgの石と地球の万有引力が98.4N重力と若干ズレていますね?これがミソです。後述する「天体からの脱出」という概念にかかわってくるため。

Aさんは24時間で地球1周分の4万キロ、時速1660キロ、463m/sという速さにで移動しています。すごいスピードですが何の速さでしょうか?数字の並びから推測出来る通りこれは「自転」による移動の速さ。これだけの速度でAさんは地球上を回転していますから地球から離れる方向に遠心力が発生しますね。

自転による遠心力

自転による遠心力

image by Study-Z編集部

遠心力の大きさはイラストの式で求めることが出来、0.03Nと求まりました。地球への引力が98.4Nで離れていく力が0.03N。よって98.1Nで引っ張られていることになり、質量10kg x 重力加速度9.81(m/s2)の結果に一致しますね。

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