インターステラーの重力による時間の遅れを解説｜地球の1時間を100時間にする重力は可能なのか

映画「インターステラー」では、強い重力の影響によって時間の進み方が大きく変化する場面が描かれています。これは単なるSF設定ではなく、アインシュタインの一般相対性理論によって説明される実際の物理現象です。

では、もし地球の1時間を100時間に感じるほど時間を遅らせるには、どれほど強い重力が必要なのでしょうか。この記事では、重力による時間の遅れの仕組みや、必要になる重力環境について分かりやすく解説します。

重力が強い場所では時間が遅く進む理由

重力によって時間の進み方が変化する現象は「重力による時間の遅れ」と呼ばれています。

アインシュタインの一般相対性理論では、重力は単なる力ではなく、質量を持つ物体によって時空がゆがむことで生じるものと考えられています。

大きな質量を持つ天体ほど周囲の時空を大きくゆがめるため、その近くでは時間がゆっくり進みます。

例えば、地球の表面にいる人と、地球から遠く離れた宇宙空間にいる人では、わずかですが時間の進み方に差があります。

重力による時間の遅れは、単純に「地球の何倍の重力」というだけでは決まりません。

重要なのは、その天体の質量だけではなく、どれだけ中心に近い場所にいるか、つまり重力場の強さです。

非回転する非常に強い重力場の場合、時間の進み方は次の式で表されます。

時間の進み方の比率 = √(1 – 2GM／rc²)

Gは万有引力定数、Mは天体の質量、rは中心からの距離、cは光速を表します。

この式から分かるように、時間を極端に遅らせるには、単純な高重力ではなく、ブラックホールのような極限的な重力環境が必要になります。

地球側で1時間進む間に、重力が強い場所では100時間分の時間が経過する状況を考えます。

これは、強い重力場にいる人の時間が、外部の100分の1しか進まないという意味になります。

つまり、時間の進み方の比率は、

1：100

になります。

このような極端な時間の遅れを起こすには、式の中の値がほぼ限界に近づく必要があります。

現実的には、地球の数倍程度の重力では全く不可能です。地球の表面程度の重力では、1年間でもわずかな時間差しか発生しません。

「インターステラー」に登場するミラーの惑星では、ブラックホール「ガルガンチュア」の極めて強い重力によって、地球時間との大きな差が生じています。

作中では、惑星での1時間が地球の約7年に相当するという設定でした。

これは地球の重力の何倍というレベルではなく、巨大ブラックホールのすぐ近くという極限状態を利用したものです。

ただし、映画では科学監修も行われており、ブラックホール周辺の物理現象をできる限り現実に近づけて描いています。

地球の重力を何百倍にもすればよいと思うかもしれませんが、実際にはそれほど単純ではありません。

例えば、地球と同じ大きさで質量だけを大きく増やすと、非常に強い重力を持つ天体になります。しかし、ある限界を超えると、その天体は自分自身の重力で崩壊し、ブラックホールになります。

ブラックホールは、質量が非常に狭い範囲に集中しているため、周囲で極端な時間の遅れが発生します。

つまり、地球上で「重力を100倍にする」というような装置を作るよりも、巨大な天体やブラックホールの近くへ行く方が、理論上は可能な方法になります。

重力による時間の遅れは実際に存在する現象であり、強い重力ほど時間はゆっくり進みます。

しかし、地球の1時間を100時間にするほどの時間差を生み出すには、地球の何倍という程度の重力では足りません。

そのような極端な時間の遅れには、ブラックホールのような非常に強い重力場が必要になります。

「インターステラー」の描写はSFでありながら、一般相対性理論に基づいた現実の物理現象を利用したものです。宇宙には、私たちの日常では想像できないほど時間の流れが変化する場所が存在しています。