Much of the modern folklore about black holes is misleading. One idea you may have heard is that black holes go about sucking things up with their gravity. Actually, it is only very close to a black hole that the strange effects we have been discussing come into play. The gravitational attraction far away from a black hole is the same as that of the star that collapsed to form it.
英語のヒント 現代に広まっているブラックホールの俗説の多くは、誤解を招く。ブラックホールは重力であちこちのものを吸い込んで回る、という話を聞いたことがあるかもしれない。実際には、ここまで扱ってきた奇妙な効果が現れるのは、ブラックホールのごく近くだけである。遠くでの重力による引きつけは、それを形成するために崩壊した恒星の重力と同じである。
Remember that the gravity of any star some distance away acts as if all its mass were concentrated at a point in the center, which we call the center of gravity. For real stars, we merely imagine that all mass is concentrated there; for black holes, all the mass really is concentrated at a point in the center.
英語のヒント 恒星の重力は、ある程度離れたところでは、その全質量が、重心と呼ばれる中心の1点に集中しているかのように働くことを思い出そう。実際の恒星では、全質量がそこに集中していると考えるだけである。それに対し、ブラックホールでは全質量が本当に中心の1点に集中している。
So, if you are a star or distant planet orbiting around a star that becomes a black hole, your orbit may not be significantly affected by the collapse of the star (although it may be affected by any mass loss that precedes the collapse). If, on the other hand, you venture close to the event horizon, it would be very hard for you to resist the “pull” of the warped spacetime near the black hole. You have to get really close to the black hole to experience any significant effect.
英語のヒント したがって、あなたが、ブラックホールになる恒星の周りを回る別の恒星や遠方の惑星であれば、星の崩壊そのものによって軌道が大きく変わることはないかもしれない。もっとも、崩壊に先立って質量が失われれば、その影響は受ける可能性がある。 一方、事象の地平面の近くへ踏み込めば、ブラックホール付近のゆがんだ時空の「引きつけ」に抗するのは非常に難しくなる。大きな効果を体験するには、ブラックホールに本当に近づかなければならない。
If another star or a spaceship were to pass one or two solar radii from a black hole, Newton’s laws would be adequate to describe what would happen to it. Only very near the event horizon of a black hole is the gravitation so strong that Newton’s laws break down. The black hole remnant of a massive star coming into our neighborhood would be far, far safer to us than its earlier incarnation as a brilliant, hot star.
英語のヒント 別の恒星や宇宙船が、ブラックホールから太陽半径の1〜2倍ほどの距離を通過するなら、何が起きるかはニュートンの法則で十分に記述できる。ニュートンの法則が通用しなくなるほど重力が強いのは、ブラックホールの事象の地平面のごく近くだけである。大質量星の残骸であるブラックホールが私たちの近所へ来ても、以前の明るく熱い恒星の姿で来る場合より、私たちにとってははるかに安全なのである。
Gravity and Time Machines 重力とタイムマシン Time machines are one of the favorite devices of science fiction. Such a device would allow you to move through time at a different pace or in a different direction from everyone else. General relativity suggests that it is possible, in theory, to construct a time machine using gravity that could take you into the future.
英語のヒント タイムマシンは、SFで人気のある装置の一つである。それがあれば、ほかの人とは異なる速さや方向で時間を進めるだろう。一般相対性理論によれば、重力を利用して未来へ行くタイムマシンをつくることは、理論上は可能である。
Let’s imagine a place where gravity is terribly strong, such as near a very massive black hole. General relativity predicts that the stronger the gravity, the slower the pace of time (as seen by a distant observer). So, imagine a future astronaut, with a strongly built spaceship with fantastically powerful rockets, who volunteers to go on a mission to such a high-gravity environment. The astronaut leaves in the year 2222, just after graduating from college at age 22. She takes, let’s say, exactly 10 years to get to the black hole. Once there, she orbits close to it (but not inside the event horizon), taking care not to get pulled in.
英語のヒント 非常に大質量のブラックホールの近くなど、重力が途方もなく強い場所を想像しよう。一般相対性理論は、遠方の観測者から見ると、重力が強いほど時間の進み方は遅くなる、と予測する。そこで、途方もなく強力なロケットを備えた頑丈な宇宙船に乗り、そのような強重力環境への任務に志願する、未来の女性宇宙飛行士を考えよう。 彼女は2222年、22歳で大学を卒業した直後に出発する。ブラックホールへの到着には、ちょうど10年かかるとしよう。到着後は、引き込まれないように注意しながら、事象の地平面の内側には入らず、その近くを周回する。
She is now in a high-gravity realm where time passes more slowly than it does on Earth. This isn’t just an effect on the mechanism of her clocks—time itself is running slowly. That means that every way she has of measuring time will give the same slowed-down reading when compared to time passing on Earth. Her heart will beat more slowly, her hair will grow more slowly, her antique wristwatch will tick more slowly, and so on. She is not aware of this slowing down because all her readings of time, whether made by her own bodily functions or with mechanical equipment, are measuring the same—slower—time. Meanwhile, back on Earth, time passes as it always does.
英語のヒント 彼女はいま、地球よりも時間がゆっくり進む強重力の領域にいる。これは、時計の仕組みだけに生じる効果ではない。時間そのものが遅く進むのである。したがって、地球での時間の進み方と比べれば、彼女がどのような方法で時間を測っても、同じように遅れた値を示す。心臓の鼓動も、髪の伸びも、骨董品の腕時計の刻みも、すべて遅くなる。 彼女自身は、この遅れに気づかない。体の働きで測ろうと、機械装置で測ろうと、すべてが同じ、遅くなった時間を測っているからである。その間、地球では、時間はいつもどおりに進む。
Our astronaut now emerges from the region of the black hole, her mission of exploration finished, and returns to Earth. Before leaving, she carefully notes that (according to her timepieces) she spent about 2 weeks around the black hole. She then takes exactly 10 years to return to Earth. Her calculations tell her that since she was 22 when she left the Earth, she will be 42 plus 2 weeks when she returns. So, the year on Earth, she figures, should be 2242, and her classmates should now be approaching their midlife crises.
英語のヒント 探査任務を終えた宇宙飛行士は、ブラックホールの領域から出て、地球へ戻る。出発前に、自分の時計によればブラックホールの周りで約2週間過ごした、と注意深く記録する。それから、帰りもちょうど10年かけて地球に到着する。出発時は22歳だったので、戻ったときは42歳と2週間になる、と彼女は計算する。だから地球の年は2242年で、同級生たちは今ごろ、中年の危機にさしかかっているはずだ、と考える。
But our astronaut should have paid more attention in her astronomy class! Because time slowed down near the black hole, much less time passed for her than for the people on Earth. While her clocks measured 2 weeks spent near the black hole, more than 2000 weeks (depending on how close she got) might have passed on Earth. That’s equal to 40 years, meaning her classmates will be senior citizens in their 80s when she (a mere 42-year-old) returns. On Earth it will be not 2242, but 2282—and she will say that she has arrived in the future .
英語のヒント しかし、この宇宙飛行士は、天文学の授業をもっとよく聞いておくべきだった。ブラックホールの近くでは時間が遅くなったので、地球の人々に比べ、彼女にとって経過した時間ははるかに短い。彼女の時計がブラックホール付近での滞在を2週間と測った間に、地球では、どれほど近づいたかによるが、2000週間以上が過ぎていたかもしれない。 これは40年に相当するので、彼女がまだ42歳で帰ってきたとき、同級生たちは80代の高齢者になっている。地球では2242年ではなく2282年になっており、彼女は未来に到着した、と言うだろう。
Is this scenario real? Well, it has a few practical challenges: we don’t think any black holes are close enough for us to reach in 10 years, and we don’t think any spaceship or human can survive near a black hole. But the key point about the slowing down of time is a natural consequence of Einstein’s general theory of relativity, and we saw that its predictions have been confirmed by experiment after experiment.
英語のヒント この筋書きは現実的だろうか。実行上の問題はいくつかある。10年で到達できるほど近いブラックホールがあるとは考えられていないし、宇宙船や人間がブラックホールの近くで生き延びられるとも考えられていない。しかし、時間が遅く進むという肝心の点は、アインシュタインの一般相対性理論から自然に導かれる帰結である。その予測が、繰り返し行われた実験で確かめられていることも、すでに見た。
Such developments in the understanding of science also become inspiration for science fiction writers. Recently, the film Interstellar featured the protagonist traveling close to a massive black hole; the resulting delay in his aging relative to his earthbound family is a key part of the plot.
英語のヒント 科学の理解がこのように進展すると、SF作家の着想源にもなる。近年の映画『インターステラー』では、主人公が大質量のブラックホールの近くへ旅する。その結果、地球にいる家族に比べて彼の年の取り方が遅くなることが、物語の重要な要素になっている。
Science fiction novels, such as Gateway by Frederik Pohl and A World out of Time by Larry Niven, also make use of the slowing down of time near black holes as major turning points in the story. For a list of science fiction stories based on good astronomy, you can go to http://bit.ly/astronomyscifi .
英語のヒント フレデリック・ポールの『ゲイトウエイ』（Gateway）や、ラリー・ニーヴンの『時間外世界』（A World out of Time）などのSF小説も、ブラックホールの近くで時間が遅くなることを、物語の大きな転換点に使っている。確かな天文学に基づくSF作品の一覧は、http://bit.ly/astronomyscifi で見られる。