事象の地平面とは？太陽なら半径3kmの「帰れない境界」

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ニュースで見たブラックホールの写真の黒い丸、あれが事象の地平面だと思っていませんか。

「境界に触れた瞬間に吸い込まれて潰れるのでは」と、怖いイメージだけが残っている方もいるはずです。

結論から言うと、事象の地平面をわかりやすく言えば、光さえ戻れなくなるブラックホールの境界のことです。

壁や膜のような実体はなく、太陽と同じ重さなら半径およそ3kmと、重さだけで大きさを計算できます。

物理を学んだ立場から、数式を使わずに、日常の比喩と具体的な数字でこの境界の正体を整理します。

今回の記事の内容

• 事象の地平面の意味を、日常の比喩でわかります
• 地球・太陽・巨大ブラックホールの境界の大きさがわかります
• 映画『インターステラー』の描写がどこまで正確かわかります

事象の地平面とは「光でも戻れない境界」のこと

事象の地平面とは、その内側に入ると光でさえ外へ戻れなくなる境界のことです。

英語ではイベント・ホライズンと呼ばれ、「事象の地平線」と訳されることもありますが、同じものです。

滝に向かう川で考えるとわかりやすい

滝へ向かって流れが速くなる川を、全力で上流へ泳ぐ魚を思い浮かべてください。

ある地点を過ぎると、川の流れが魚の最高速度を上回り、どれだけ泳いでも押し流されます。

この「泳いでも戻れなくなる線」が事象の地平面で、魚の最高速度にあたるのが光の速さです。

脱出速度が光速に届く場所

地球の表面からロケットが重力を振り切るには、秒速約11.2kmが必要です。

この脱出に必要な速さが、光速の秒速約30万kmに達する位置が事象の地平面です。

地球の約2万7千倍の速さが必要になる、と考えると重力の強さが実感しやすいはずです。

なお、境界のさらに内側にある中心部は別のテーマなので、特異点の解説に譲ります。

事象の地平面の大きさは重さに比例する

事象の地平面の半径は、ブラックホールの重さにそのまま比例します。

この半径はシュワルツシルト半径と呼ばれ、重さが2倍なら半径も2倍、100万倍なら半径も100万倍です。

目安は「太陽1個分の重さにつき半径約3km」と覚えておけば、どんなブラックホールでも見当がつきます。

M87銀河のブラックホールは、半径だけで海王星の軌道（約45億km）の4倍を超えます。

表の値は回転していないブラックホールの計算で、速く回転するものは境界が少し小さくなると考えられています。

境界を越えると何が起きる？吸い込まれる側と外から見る側

事象の地平面を越える瞬間、落ちていく本人は特別なことを何も感じないと考えられています。

落ちる本人には「通過の合図」がない

境界には壁も膜もないので、ぶつかる衝撃も、通過を知らせる目印もありません。

海の水平線に近づいても線そのものに触れられないのと同じで、境界は「場所」ではなく「戻れるかどうかの分かれ目」です。

外から見ると止まって見える

一方、遠くから見ている人には、落ちていく物体は境界の手前でどんどん遅くなって見えます。

届く光も赤っぽく暗くなり、やがて見えなくなるため、外からは境界を越える瞬間を確認できません。

重力で時間の進み方が変わるこの現象は、ブラックホールの時間の遅れで詳しく扱っています。

スパゲッティ化は小さいブラックホールほど危ない

体が細長く引き伸ばされるスパゲッティ化は、頭と足にかかる重力の差で起こります。

太陽10個分のブラックホールでは、境界付近で身長2mの体にかかる力の差が、計算上は地球の重力の約2,000万倍に達します。

ところが、いて座A*のような巨大ブラックホールでは、同じ差が地球の重力の1万分の1ほどにとどまります。

よくある誤解：写真の黒い丸は事象の地平面ではない

2019年に公開されたM87銀河のブラックホールの写真で、黒く写った部分は事象の地平面そのものではありません。

あの黒い領域は「ブラックホールシャドウ」と呼ばれ、周りの光が重力で大きく曲げられてできる影です。

影の直径は、事象の地平面の直径のおよそ2.5倍に広がって見えると計算されています。

写っているのは境界の「影」で、境界そのものは光を出さないため撮れません。

境界に硬い表面があるというイメージも誤解で、実際には何もない空間が続いていると考えられています。

また、ブラックホールはわずかに光を出して少しずつ軽くなるという理論もあり、ホーキング放射として知られています。

映画『インターステラー』の事象の地平面はどこまで正確か

映画『インターステラー』（2014年）のブラックホールは、境界の見え方に関しては科学的にかなり正確です。

理論物理学者キップ・ソーンが科学監修に入り、光の曲がり方を計算するシミュレーションで映像が作られました。

科学的に正確だと言える部分

黒い球の上下にまで光の輪が回り込んで見える映像は、境界の周りで光が曲がる効果をよく再現しています。

監修者の解説書では太陽の約1億倍の重さとされ、表の計算に当てはめると境界の半径は約3億kmになります。

これほど巨大なら境界付近の重力の差は穏やかで、前の節の「巨大なほど安全」とも合います。

演出や創作が入っている部分

本来ならガスの円盤は片側が明るく見えるはずですが、観客の見やすさを優先してこの偏りは省かれたとされています。

また、境界の内側は外へ情報が届かない領域なので、そこを描いた映像は物理学では確かめようのない創作です。

計算に基づく映像と、確かめられない領域を物語で補う発想の同居が、この作品の面白さだと私は考えています。

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まとめ

事象の地平面は、光でさえ戻れなくなるブラックホールの境界で、壁や表面のような実体はありません。

大きさは重さに比例し、太陽1個分につき半径約3kmという目安で計算できます。

よくある質問

事象の地平面と事象の地平線は違うものですか？

同じものを指しています。どちらも英語のイベント・ホライズンの訳語です。実際の境界はブラックホールを包む球面なので、形に合わせて「地平面」と呼ぶことが多いものの、「地平線」と書かれていても意味は変わりません。

事象の地平面を越えたら二度と出られないのですか？

一般相対性理論の計算では、光を含めて何も外へ戻れません。ただし、ブラックホールがごくわずかに光を出して長い時間をかけて軽くなるホーキング放射という理論があり、内側の情報がどう扱われるかは今も研究が続いている問題だと考えられています。

地球がブラックホールに吸い込まれる心配はありますか？

現時点では心配はないと考えられています。知られている中で最も近いブラックホールでも、地球から約1,500光年ほど離れています。また、ブラックホールの重力は同じ重さの星と変わらないため、遠く離れていれば周りの天体を一方的に吸い込むことはありません。

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