質問: ブラックホールの蒸発について 初めて質問させていただきます。 よろしくお願いします。 ブラックホールは蒸発すると言います。今回はこの蒸発の僕の解釈が合っているか 確認したかったので質問させていただきました。 僕の解釈はブラックホールの近くで粒子が対生成で生まれて 片方がブラックホールに飲み込まれてもう片方がブラックホールの外へ 飛んでいきます。 しかし、エネルギー保存則によって一瞬ならいいがブラックホールの 近くでは粒子・反粒子は対消滅できない。 これではエネルギー保存則が崩れてしまうだから対消滅できなっかた 分のエネルギーをブラックホールが支払う(質量が減る) よってブラックホールが蒸発すると言うことだと思っています。 これが僕のブラックホール蒸発についての理解の仕方なんですが これであってますか?もし間違ってたら説明してください。 しかし、僕はあまり難しい数式などはわからないので なるべくわかりやすく説明していただきたいです。 お願いいたします。 長文失礼しました。
回答: お考えの解釈で合っていますよ。 お考えのプロセスは以下のようなものでしょうね。 量子力学によれば、ミクロで真空をみれば、一瞬ですが対生成と対消滅が、至る所で、いつでも、無から発生しています(ほぼすべてが光子)。一瞬ですが、エネルギー保存則が破れて、すぐに元に戻っています。 しかし、ブラックホールの事象の地平面近傍だと、対生成した光子の片割れがブラックホールに落ち込む方向に引かれてしまい、対消滅できないということが生じます。もう一方の片割れは、仕方なく、外に向かって飛び出します。 ブラックホールに飛び込む光子だけ考えると、ブラックホールにエネルギーを与え、ブラックホールは無からエネルギーを得てしまいます。エネルギーと質量が等価であることを踏まえると、ブラックホールは放置するだけで質量が増えてしまいそうです(こうしたことが、ホーキング前にこのことが提唱されても、なかなか受け入れられなかった理由の一つかもしれません)。 しかし、エネルギー保存則は、一瞬は破れてもいいですけど、その後は必ずエネルギー収支は釣り合って、成り立ちます。ブラックホールに落ちて行く光子は、結局は負のエネルギーとなります。 実は、対消滅する場合でも、おおまかには、そう考えていいんですね。もし無から対生成した光子のどちらもエネルギー的に正ならば、対消滅しても、宇宙の至る所でエネルギーが増大し続けてしまいます。実験・観測的には、エネルギーを与えて起こした対生成しか、後にエネルギー的な痕跡を残せません。 このことを、ブラックホールの外からマクロで見てみると、光子がブラックホールから出てくるのですから、ブラックホールは光っています(可視光線以外の波長も考慮すると、温度と言い換えてもいいです)。 つまり、ブラックホールは外へエネルギーを放出しています。これがホーキング輻射ですね。エネルギーと質量は等価ですから、ブラックホールは放出したエネルギーの分、質量を減らしていきます。最後には消滅します。