光はどこから来るのか
物理学でいう空っぽの空間は、本当に空っぽではありません。そこでは粒子のペアが絶えず現れては消えています。通常は瞬時に互いを消滅させるため、外へ出てくるものはありません。
ブラックホールの境界では、この均衡が崩れます。ペアの一方が内側へ落ち、もう一方が外側に残って飛び去ることがあります。外から見ると、境界そのものがかすかに光っているように見えます。
飛び去る粒子のエネルギーはブラックホールそのものから得られるため、ブラックホールは少しずつ質量を失います。このイメージは単純化されていますが、本質は伝えています。放射がブラックホールからエネルギーを奪うのです。
どれくらいゆっくりなのか
最初のタイルが重要な点を説明しています。ブラックホールは大きいほど低温です。恒星質量ブラックホール、まして超大質量ブラックホールは周囲の宇宙より低温なので、放出するより多くを吸収します。
ブラックホールが蒸発できるのは、宇宙がブラックホール自体よりさらに冷える遠い未来になってからです。小さなブラックホールなら速く、明るく蒸発するはずですが、今のところそのようなものは見つかっていません。
この予測から、情報の行方をめぐる未解決の問題が生まれました。ブラックホールが蒸発し、そこに何が落ちたかに関係なく出てくる放射が同じなら、落ちたものに関する情報は消えてしまいます。しかし、それは物理学が認めないことです。この論争は半世紀にわたって続いています。
この予測は間接的に検証されています。研究者たちは、流体の流れや音波、光学媒質など、数学的に似た実験室のシステムを作り、そこに似た放射が現れるか観察しています。これは同じものではありませんが、計算を裏付けています。
この成果が重要なのは、別の理由もあります。それまでほとんど交わっていなかった3つの分野、重力、量子物理学、熱力学を結びつけたからです。そして今も、それらを統一するための重要な手がかりの1つと考えられています。
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あと1分で読み終わり、最後にクイズがあります。 「宇宙 → ブラックホール」にあります
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出典
- 1974年に予測されたブラックホールの地平面からの熱放射は、その質量に反比例します。恒星質量ブラックホールと超大質量ブラックホールでは、温度は宇宙背景放射より低くなります。放射はまだ直接観測されておらず、それに関連する情報パラドックスも未解決のままです。