ブラックホールの内側を、タイムライン付き3Dムービー編集ソフトで例えてみる
※この記事を読み上げた音声ファイルです。読み上げが欲しい場合はこちらをご利用ください。
※この記事は、ブラックホール、とくに「事象の地平面」の内側について、自分なりに理解しようとしたメモです。
専門的な物理学の解説ではなく、3Dムービー編集ソフトのタイムラインにたとえた比喩説明です。
正確さには気をつけていますが、厳密な物理説明としてはズレがある可能性があります。
最近、勢い余ってAmazon Prime VideoのMGM+チャンネルに加入してしまいました。
理由は単純で、自分の好きなSFドラマ『スターゲイト』が、日本語音声に少しずつ対応し始めたからです。
まだ全話完全対応というわけではなさそうですが、全10シーズンの作品が少しずつ見やすくなっているのはありがたいです。
その『スターゲイト』の中で、とても印象に残っている題材があります。
ブラックホールです。
劇中では、ブラックホールの影響がスターゲイトという未知のテクノロジーを通じて地球に伝わり、時間の遅れや重力異常が発生していきます。
やがて、地球そのものがブラックホールに飲み込まれかねない危機になる。
この「ブラックホールの影響がゲートを通じて伝わる」という話は、シリーズの中でも印象的な要素として何度か扱われます。
それで、あらためてブラックホールについて興味が湧き、ChatGPTを呼び出して勉強させてもらうことにしました。
目次
- スターゲイトからブラックホールに興味を持った
- 外から見ると、ブラックホール付近では時間が遅く見える
- 事象の地平面は黒い塊の表面ではない
- 時空の歪みで頭が痛くなる
- 事象の地平面の内側では、中心方向が未来のようになる
- 3Dムービー編集ソフトで例えてみる
- 商店街の真ん中にブラックホールを置く
- タイムラインが進むと中心へ近づく
- ゲームにしたら、かなり理不尽になる
- 重力がなくなるのではなく、空間のルールが変わる
- まとめ：比喩で説明する難しさ
スターゲイトからブラックホールに興味を持った
ただ、ドラマの中のブラックホール描写はあくまでSFです。
面白い設定ではあるものの、実際のブラックホールの性質とどこまで一致しているのかは別の話になります。
そこでまずは、劇中の展開はいったん横に置いて、ブラックホールの近くでは何が起きるのかを、外から見た場合の話として整理してみます。
まず、大前提として、ブラックホールの外から見た場合の話です。
物体がブラックホールの中心へ近づいていくほど、外から観測する側には、その物体の時間が遅くなっているように見えます。
物体の動きが鈍くなり、どんどん遅くなっていくように見える。
ただし、これは外から観測した場合の見え方です。
落ちていく物体自身の時間が止まっているわけではありません。
その物体からすれば、自分の時間は普通に流れていると考えられます。
そして、後述する「事象の地平面」を越えると、光でさえ外へ戻れなくなります。
この時点ですでに頭が痛いです。
劇中では、ブラックホールの影響で「重力の7Gがスターゲイトにかかる」「20分が5時間になる」というような話が出てきます。
これをChatGPTに投げたところ、かなり不整合があると言われてしまいました。
そもそも、そのくらいの時間の遅れをブラックホールで起こすには、事象の地平面、つまり外から見て黒い境界のように見える場所のすぐ近くまで行く必要があるそうです。
外から見ると、ブラックホール付近では時間が遅く見える
ここで出てくるのが「事象の地平面」です。
自分は最初、ブラックホールの黒い塊の表面のようなものを想像していました。
しかし、正確には「黒い物体の表面」ではありません。
事象の地平面とは、光ですら外へ戻れなくなる境界線です。
私たちが「黒い塊」のように認識している部分は、物質の表面ではなく、「時空の歪み」が極端に強くなった結果として、内側から外側へ向かう光や情報が外へ出られなくなる境界だと考えた方がよさそうです。
この境界の内側では、普通の感覚ではかなり理解しづらいことが起こると言われています。
なぜなら、時間と空間の役割のようなものが、普段の感覚とは違ってくるからです。
事象の地平面は黒い塊の表面ではない
「時空の歪み」と言うと、とても中二病っぽい響きがあります。
でも、重力を考えるうえではかなり重要な言葉です。
時空とは、3次元の空間に時間を加えた4次元的なものです。
地球にも質量があるので、地球の周囲の時空はわずかに歪んでいます。
私たちは、その歪みの中で生活しています。
つまり、自分たちが「普通」と感じている重力も、時間の流れも、実は地球が作る時空の歪みの中で起きている現象です。
ブラックホールでは、この時空の歪みが極端になります。
そして事象の地平面を越えると、外側の世界とは直感的にまったく違う状況になります。
ここからが本当に難しいところです。
時空の歪みで頭が痛くなる
ChatGPTに何十回も質問して、何度も修正された部分があります。
それが、
「事象の地平面の内側では、ブラックホールの中心方向が未来のような性質を持つ」
という説明です。
これが本当にきつかったです。
最初は、
「いや、中心に向かって引っ張られているんでしょ？」
と思っていました。
しかし、何度聞いても、
「単に力で引っ張られているという説明ではない」
と返ってきます。
もちろん、ブラックホールの原因は巨大な質量と時空の歪みです。
重力と無関係という意味ではありません。
ただ、事象の地平面の内側では、普通に外側へロケットを噴かせれば戻れる、という話ではなくなります。
外へ向かうことが、未来へ進む道として許されなくなる。
中心へ向かうことが、未来へ進むことと同じような意味を持ってしまう。
このあたりで、理解しようとする脳が悲鳴を上げました。
事象の地平面の内側では、中心方向が未来のようになる
そこで今回は、なんとか3Dムービー編集ソフトでたとえてみます。
3Dムービー編集ソフトには、3Dモデルやエフェクトが表示される画面があります。
そこにはキャラクター、建物、道、空、ライトなどが配置されています。
そして、下にはタイムラインがあります。
タイムラインを再生すると、キャラクターが歩き、車が走り、カメラが動き、エフェクトが再生されます。
この1フレームごとの状態を、ここでは「事象」と考えます。
3D空間に物体があり、タイムラインが進むことで出来事が変化していく。
これを、とても大ざっぱな時空のたとえとして使います。
普通の世界では、キャラクターはタイムラインに沿って自由に動けます。
右へ歩く。
左へ走る。
立ち止まる。
店に入る。
別の道へ曲がる。
タイムラインが進んでも、キャラクターがどこへ移動するかには選択肢があります。
3Dムービー編集ソフトで例えてみる
たとえば、商店街の道を歩いてパン屋を目指している女性の3Dモデルがあるとします。
普通の時空なら、タイムラインを再生すると、彼女は商店街を歩き、無事にパン屋へたどり着きます。
途中で魚屋の前を通るかもしれません。
犬を避けるかもしれません。
りんごの入ったカゴの横を通るかもしれません。
何の変哲もない日常シーンです。
では、この商店街の真ん中にブラックホールを置いたらどうなるでしょうか。
しかも、商店街全体が事象の地平面の内側に入ってしまったとします。
彼女は逃げようとします。
ブラックホールの中心から離れる方向へ走ろうとします。
しかし、どれだけ走っても、外へ戻ることはできません。
ここで大事なのは、「吸い込まれている」という言い方だけでは説明しきれないことです。
もちろん、ブラックホールは重力の話です。
しかし、事象の地平面の内側で本当に恐ろしいのは、単に強い力で引っ張られるというより、未来の向きそのものが中心へ向かっているような状態になることです。
商店街の店も、通行人も、犬も、りんごのカゴも、トラックも、すべての未来が中心方向へ向いてしまう。
そんなイメージです。
商店街の真ん中にブラックホールを置く
普通の3D空間では、時間が進んでも、どこへ移動するかはキャラクターや物理演算によって決まります。
しかし、事象の地平面の内側では、タイムラインを未来方向へ進めること自体が、ブラックホールの中心へ近づくことと切り離せなくなります。
ここでまた、3Dムービー編集ソフトに戻ります。
通常なら、タイムラインを右へ動かすと、キャラクターの移動はアニメーションや物理演算によって決まります。
パン屋へ向かう女性なら、パン屋へ向かう。
道の反対側にいる元カレのジョージへ向かうなら、そちらへ向かう。
立ち止まる設定なら、立ち止まる。
しかし、事象の地平面の内側では、タイムラインが右へ進むたびに、モデル全体のルート座標がブラックホール中心へ向かうような制約を受ける。
そんなイメージです。
キャラクターは横に動けるかもしれません。
近所に住む元恋人のジョージに助けを求めて、道の反対側へ移動することもできるかもしれません。
ジョージ自身もこちらへ駆け寄れるかもしれません。
しかし、それは空間の中での移動が可能だというだけで、未来の向きを変えられるという意味ではありません。
ジョージが成人男性の力強い足取りで外へ向かって走ったとしても、物理的な力を増やしただけでは未来の向きを変えることはできません。
でも、その間にもタイムラインは進んでいます。
タイムラインが進むということは、未来へ進むということです。
そして、その未来の向きがブラックホールの中心へ向いている。
だから、どんなに横へ逃げても、中心へ近づくこと自体は止められない。
タイムラインが進むと中心へ近づく
もしこれをゲームにしたら、かなり理不尽なゲームになります。
プレイヤーは操作できます。
右へ動ける。
左へ動ける。
ジャンプできる。
全力で走れる。
でも、ゲーム時間が進むたびに、プレイヤーのルート座標は少しずつ中心へ近づいていきます。
どれだけ頑張っても、中心から離れる結末には向かえません。
プレイヤーは自由に操作しているように感じるのに、タイムラインが進む限り、最終的には中心へ近づいていく。
これはかなり嫌なゲームです。
操作はできる。
けれど、外へ戻るルートは存在しない。
ゲームとして成立しているようで、結末だけは固定されている。
そんなゲームが売られていたら、たぶん返品したくなります。
しかし、事象の地平面の内側とは、そのくらい直感に反する場所なのだと思います。
ゲームにしたら、かなり理不尽になる
この話で一番難しかったのは、「重力で引っ張られる」という普通の感覚から離れることでした。
事象の地平面の内側では、単に強い引力に逆らえないというより、外へ向かう未来が存在しないような説明になります。
ただし、これは重力が関係なくなるという意味ではありません。
そもそもブラックホールを作っているのは、巨大な質量と時空の歪みです。
重力も、時間の遅れも、その時空の歪みによって説明されます。
そして、事象の地平面の内側で「中心方向が未来になる」という話も、同じく時空の歪みによって生じるものです。
3Dツール的に言えば、物理演算の外側で、空間そのもののルールが変わってしまうような感じです。
物理エンジンの力比べで勝てないのではなく、タイムラインが進む先として、中心が設定されてしまう。
そのため、人間が使える移動手段やロケットの推進力では、外へ戻ることができない。
ここが、普通の「強い重力に引っ張られる」とは違うところなのだと思います。
重力がなくなるのではなく、空間のルールが変わる
今回は、ブラックホールの事象の地平面と、その内側のイメージを、3Dムービー編集ソフトのタイムラインにたとえて考えてみました。
かなり大ざっぱにまとめると、こうなります。
「中心へ向かうことが未来方向になる」
「単純な力比べでは外へ戻れない」
「時間が進むことと、中心へ近づくことが切り離せなくなる」
このあたりを押さえられれば、少しは事象の地平面の内側をイメージしやすくなるのではないかと思います。
これで説明できているのか、正直まだ自信はありません。
ChatGPTに何度も確認しても、理解度は85点くらいが限界でした。
たぶん、どこかで比喩が崩れていると思います。
まとめ：比喩で説明する難しさ
今日は、人に何かを伝えることの難しさを実感しました。
比喩を使えば分かりやすくなることもあります。
でも、正確に伝えようとすると、比喩にはどうしても限界があります。
みなさんもぜひ、「知らない人に教えるための例え話チャレンジ」に挑戦してみてください。
意外と、自分がどこまで分かっているのかが見えてきます。
