光は質量がないのにブラックホールに吸い込まれる理由とは？

光は質量を持たないとされるものの、ブラックホールに吸い込まれる現象があります。この疑問を解決するためには、光の性質とブラックホールの性質を理解する必要があります。本記事では、なぜ質量を持たない光がブラックホールに吸い込まれるのか、その理由を科学的に解説します。

1. 光は質量を持っていないがエネルギーを持つ

光は、私たちが普段考える「質量」を持っていませんが、エネルギーを持っています。アルバート・アインシュタインの有名な方程式E=mc²によれば、エネルギーは質量と関係があるため、光もエネルギーを持つことから、間接的に質量を持っているとみなされることがあります。

光子（光の粒）は、質量は0ですが、運動エネルギーを持っており、このエネルギーがブラックホールの重力に影響されます。このため、光はブラックホールの引力に引き寄せられ、最終的にブラックホールの事象の地平線を越えて吸い込まれます。

ブラックホールは非常に強力な重力を持っており、その引力は周囲の物体を引き寄せることができます。重力は、質量を持つ物体だけでなく、エネルギーを持つ物体にも作用します。ブラックホールの周りでは、光さえもその強力な引力に引き寄せられ、逃げることができなくなります。

ブラックホールの事象の地平線は、重力が強すぎて何も脱出できない境界を意味します。光はもちろん、この境界を越えると、外部の観測者からは見えなくなります。

ブラックホールの重力が光にどのように作用するのかを理解するために、重力レンズ効果の例を挙げます。重力レンズ効果とは、大きな質量を持つ物体が光を曲げる現象です。ブラックホールのような非常に大きな重力場では、光が曲がり、最終的にはその引力に引き寄せられてしまいます。

この現象は、ブラックホールが光を吸い込むメカニズムを示しており、光の進行方向が大きく曲げられることで、外部からは見ることができなくなります。

光が質量を持たないにもかかわらずブラックホールに吸い込まれる理由は、光が持つエネルギーと、ブラックホールの強力な重力場に起因します。ブラックホールの引力は、質量を持つ物体だけでなく、エネルギーを持つ光にも影響を与えます。したがって、光は事象の地平線を越えてブラックホールに吸い込まれるのです。

この理解は、相対性理論やブラックホールの研究において非常に重要であり、光と重力の関係を深く知ることができます。