ホーキング放射とは何か、ブラックホールは蒸発するのか

光さえ出られないはずのブラックホールが、実はごくわずかに光っている。1974年、物理学者スティーブン・ホーキングはそう予測しました。これがホーキング放射です。理論ではブラックホールはいつか蒸発しますが、本物のブラックホールからの放射は、まだ一度も観測されていません。

01 わかっていることホーキング放射とは何？

ホーキング放射は、ブラックホールが量子力学（ごく小さな世界のルール）の効果で、熱い物のように光や粒子を出すという予測です。1974年にホーキングが発表しました。

それまでの重力の理論では、ブラックホールは物を吸い込むだけで、何も出しませんでした。ホーキングは、量子力学を合わせて考えると、どんなブラックホールも粒子を作って出すことを示しました[1][2]。

ポイントは、温度が重さに反比例することです。重いブラックホールほど冷たく、軽いほど熱くなります[2]。粒子を出した分だけブラックホールは軽くなり、最後には消えると考えられています。

02 どうやってわかったのかなぜまだ観測されていないの？

本物のブラックホールは温度が低すぎて、放射が弱すぎるからです。太陽ほどの重さでも、宇宙全体を満たす光より何千万倍も冷たく、今の望遠鏡では測れません。

03 数字と例えでいうとどれくらい冷たくて、どれくらいで消える？

太陽ほどの重さのブラックホールの温度は約0.00000006Kで、消えるまで約10の67乗年かかります（計算）。宇宙の年齢の10の57乗倍という、想像できないほど長い時間です。

温度と蒸発時間は、ホーキングの式（温度は重さに反比例、蒸発時間は重さの3乗に比例）で計算しました。蒸発時間は光だけを出すとした単純な見積もりです。

04 まだわかっていないことブラックホールの中と情報のパラドックスとは？

ブラックホールが蒸発して消えたとき、中に落ちた物の情報が残るのか消えるのかは、まだわかっていません。重力と量子力学をまとめる理論が完成していないためです。

• 情報は消えるのか、残るのかホーキングは1976年、落ちた物の情報の一部は失われ、元の状態を計算で戻せなくなると論じました[3]。量子力学のふつうの考え方では情報は消えないため、どちらが正しいか、今も議論が続いています。
• ブラックホールの中心はどうなっているのか中心では今の物理の法則が使えなくなると考えられています。蒸発の最後の瞬間に何が起きるのかも、まだ計算でも答えが出ていません。
• 原始ブラックホールはあるのか宇宙の初めに小さなブラックホールができたかどうかは、わかっていません。見つかれば、ホーキング放射を確かめる手がかりになります[4]。

05関連する記事

06よくある質問

ホーキング放射はもう観測されている？

本物のブラックホールからは、まだ観測されていません。太陽ほどの重さのブラックホールの温度は約0.00000006K（計算）で、宇宙全体を満たす光の約2.7Kよりはるかに低く、弱すぎて測れないためです。実験室でブラックホールに似せた仕組みでは、よく似た現象が報告されています。

ブラックホールはいつか蒸発して消える？

ホーキングの計算では、ブラックホールは少しずつ軽くなり、最後には消えます。ただし太陽ほどの重さなら、ホーキングの式で計算すると約10の67乗年かかり、今の宇宙の年齢（約138億年）よりけた違いに長い時間です。

ブラックホールの情報のパラドックスとは？

ブラックホールが熱い光だけを出して消えると、中に落ちた物の情報まで消えてしまうように見える、という問題です。ホーキングは1976年に情報は失われると論じましたが、量子力学のふつうの考え方とぶつかるため、今も答えは出ていません。

小さいブラックホールほど早く蒸発するの？

はい。ホーキング放射の温度は重さに反比例するため、軽いほど熱く、早く蒸発します。ホーキングは1975年に、宇宙の初めにできた重さ約10の15乗グラム（約10億トン）より軽いブラックホールは、すでに蒸発しているはずだと書きました。

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