ブラックホールの蒸発について

質問

よくブラックホールが蒸発して消えてしまうことがあると聞きますが、一度物質を飲み込み始めたものがどうして飲み込みをやめてしまうのでしょうか
それではブラックホールとは言えないような気がするのですが
強大なブラックホールに小さなブラックホールが飲み込まれるというなら、私の知識で理解できるのですが

回答No.5

Astroia

やや長文です。

話を簡単にするために、ブラックホールについて若干述べます。詳しい話はとてもここでできるものではありませんので（もちろん私もわからないと言うこともあってですが）。

ブラックホールという名称は、ロジャー・ペンローズやジョン・ホイーラーらが1970年代に以前から考えられていた「光さえもその強い重力場から逃れられなくなる表面」と言う概念に因みます。
当時はブラックホールから得られる情報としては、その角運動量、質量、電荷しかありえないと考えられてきました。
ブラックホールから得られると言っても全てを飲み込んでしまうブラックホールから何らかの情報が送られてきているわけではありません。これら３つの情報は周囲の時空から間接的に測定されるものです。例えば、もし太陽が全く見えなかったとしても、太陽系の惑星の運動から質量を求めることができる様にです。
実際にブラックホール質量を導き出すためには、重力レンズによるものと連星系によるものとがあります。同様に、角運動量を導き出すためにはエルゴ球（ブラックホールが自転する場合に発生する静止限界を超えてブラックホールに引き寄せられる空間）から知ることができます。電荷については電場の連続性から予測することはできますが、すぐに反対の電荷を帯びた星間物質を吸い寄せて中性になってしまうと考えられています（つまり現実的にはブラックホールは吝嗇なことに、質量と角運動量しか教えてくれないみたいです）。

このような古典的なイメージを打ち破ったのがスティーヴン・ホーキングが1974年に提唱した、一般にいわゆる「蒸発するブラックホール」と呼ばれるものです。

ホーキングが着想したアイデアを理解することは困難ですが、そのエッセンスはブラックホールの持つ特徴に熱力学の考え方を導入したことと思います。
ホーキングはブラックホールの物理系にエントロピー（熱力学の手法で）を導入すれば記述できるということを考えたのです。しかしブラックホールを熱力学的な系としてみるためには、ブラックホールから熱力学的な何らかの放射現象を観測することが前提となります。そこの観測に彼が考えついたのが、「真空から量子力学的な過程で発生する素粒子の粒子・反粒子ペア」ということです。難しい話になりますが、現代物理学では真空とは何も存在しない空間とは考えられておらず、何らかの物理的実体を有していると考えられています。
そこで、真空から粒子・反粒子のペアが生成された際、片方がブラックホールに吸い込まれて、もう片方は力の作用反作用によって外に投げ出されることはあり得ることかもしれません。そしてそのことは必然的にブラックホールから放射されたと考えることができるかもしれません。さらに、このとき真空から粒子・反粒子生成されるエネルギーは、ブラックホールの重力場から供給されるものです。

つまり、粒子・反粒子が生成され片方が飛び出すごとに、ブラックホールはやせ細っていき、ついには爆発するだろうと言う考え方がブラックホールの蒸発と言うことと思います。

私は専門家ではないので間違っている場合等ありましたらどなたか補足、訂正してください。