2019年、世界中で同時に公開された一枚の写真があった。オレンジ色に光る輪の真ん中に、ぽっかりと黒い丸が浮かんでいる。あれは穴ではなく、周りの光がつくる影だった。本当の境目はその影のさらに内側にあり、光さえ出てこられない。では、その内側はどうなっているのか。この問いは、遠くの宇宙の話でありながら、見えないものとどう向き合うかという問いにも重なってくる。
見えない星を、周りの動きから見つける
1783年、イギリス北部の村で牧師をしていたジョン・ミッチェルは、光が小さな粒だと考え、重い星から光が逃げられなくなる可能性を計算した。太陽と同じ密度のまま500倍の大きさになれば、放たれた光はすべて星へ引き戻される。夜空にありながら見えない星。彼は、周りを回る光る星の動きから、その存在を知れるかもしれないと手紙に書いた。この考えは、光が波だとされるようになると100年以上忘れられた。
1915年、アインシュタインが重力は空間と時間の歪みだと示すと、前線にいた天文学者カール・シュヴァルツシルトが方程式の厳密解を手紙で送った。彼は半年も経たずに病で亡くなる。その解には、太陽なら半径3km、地球ならビー玉ほどまで縮むと光が出てこられない境目が潜んでいた。ミッチェルの見えない星が、新しい理論のなかで姿を現した瞬間だった。だが当時は多くの物理学者が、そんな極端な星は自然界にないと考えた。星の一生の終わりに実際に縮む力があると計算で示したのは、1930年代のチャンドラセカールだった。エディントンは、星が光を閉じ込めるほど縮むのは自然の法則に反するはずだと反論した。後にオッペンハイマーらが、十分重い星はどこまでも縮み続けると計算した。1939年9月1日、論文が世に出た日、ヨーロッパで戦争が始まった。計算は長く脇に置かれた。
遠くから見ると星は赤く暗くなり、境目の手前で止まったように見える。一方、落ちていく側の時計では境目をあっさり越えて潰れる。時間の進み方が見る人によって違うという、相対論の奇妙さがここに現れる。
見えない星を、周りの動きから確かめるまで
1967年、ホイーラーがこの星をブラックホールと名づけ、1974年にはホーキングが白鳥座のX線源について「ブラックホールではない」ほうに賭けた。保険だったという。1990年、彼は負けを認めた。見えないものを周りの動きで見つける方法は、私たちの銀河系の中心で結実する。1990年代から星の軌道を追い続けたチームは、目に見えない一点の周りを16年かけて回る星を見つけた。そこには太陽の400万倍の質量が詰まっている。ブラックホール以外に説明がつかない。この研究は2020年のノーベル物理学賞につながった。2015年には、13億年前に太陽の36倍と29倍の質量のブラックホールが合体したときの空間の揺れ、重力波が捉えられた。
内側では、中心が未来になる
ここから先は観測ではなく、理論の計算が教えることだ。仮に、ある探検家がブラックホールへ落ちていくところを思い浮かべてみる。太陽の10倍ほどの小さなブラックホールなら、境目に着く前に体が引き伸ばされてしまう。一方、2019年に撮影された巨大なブラックホールなら、境目は太陽系の惑星がすっぽり入る大きさで、頭と足の引かれる差は小さい。探検家は特に変わったことを感じないまま境目を越えていく。外で見る仲間には、探検家の動きがゆっくりになり、赤く暗くなって、境目の手前で薄れて消えるように見える。
境目の内側では、空間と時間の役割が入れ替わる。私たちは時間が先へ進むのを止められないが、内側では中心へ向かうことがそれと同じになる。中心は避けて通れる場所ではなく、必ずやってくる未来の時刻のようになる。右へ逃げても左へ逃げても、光でさえ中心へ続く。銀河系中心のブラックホールなら、中心に着くまで長くても1分。2019年の写真のブラックホールなら28時間ほどだ。小さなブラックホールなら1000分の1秒もかからない。
中心では理論の式が無限大を示すが、無限という答えは、理論がそこで使えなくなったという合図にすぎない。中心を知るには重力の理論と極小の世界の理論を統合する必要があるが、その新しい理論はまだ完成していない。たとえ中で何が起きているのかを知っても、外へ伝える方法はない。
確かめられないことを、抱えたままにできるか
ブラックホールの内側は、いまだ誰も戻ってきたことのない場所だ。写真に写ったオレンジ色の輪は、外から見えるぎりぎりの範囲を囲んでいる。その向こうにあるものを、私たちは計算で想像することしかできない。ミッチェルが「周りの動きから見えない星を知る」と書いてから、実際にそれが確かめられるまで240年かかった。その間、多くの人は見えない星の話を忘れ、否定した。それでも少しずつ、観測が追いついてきた。
見えない場所の内側を考えるとき、私たちは答えが出ないまま待つ時間の意味にも触れているのかもしれない。すべてを確かめられるわけではないし、外からでは届かない問いもある。それでも、外側に見えるわずかな影や揺れから、その向こうに何があるのかを考え続けること。ブラックホールの写真は、その営みの途中にある一枚なのだろう。
