ブラックホール内でのエントロピーの増減は？

質問

自然界で起こる変化では、常にエントロピーは増大しているのですか？
ブラックホールの中でもそうなのですか？
ブラックホールは散らかった宇宙をまた集めて秩序を回復させる役割を果たしていますか？

回答No.2

noname#212313

#1です。

>何一つ逃さず光までをも呑み込んでしまうブラックホールが、物質を放出してしまうとは、いったいどういうことなのでしょう？

　正確には事象の地平面のごく僅か上で起こるのがホーキング輻射です。事象の地平面内部から何かが出てくるわけではありません。

　何もない空間を量子力学でミクロに考えると、常に対生成と対応する対消滅が至る所で常に起こっています。一瞬、光子のペアができるのですが、すぐにペア同士で消滅するわけです。

　しかし、ブラックホールという光も抜け出せない重力源のそばだと事情が違ってきます。対生成した光子のペアのうち、片方がブラックホールに落ちてしまうということが起こります。両方がブラックホールに落ち込んだ場合は何も起きないんですが、片方が落ち込み、もう片方がブラックホールから出てくるケースもあるわけです。

　すると、ブラックホールは光を発していることになります。それがホーキング輻射です。ブラックホールに落ち込んだのは光子ですから、エネルギーがあり、エネルギーに対応する質量相当の物質と考えてよいです。すると、ブラックホールは放置していても大きくなるのか、ということになりますが、落ち込んで行く光子は負のエネルギーになるようです。そのため、ブラックホールは放置すると光を発しつつ、常に質量を減らしていきます。

　ホーキング輻射はブラックホールの質量が小さいほど激しくなります。恒星からできる普通のブラックホールだと、ホーキング輻射の効果はとても小さく、もし宇宙誕生間もなく星ができ、それが直ちにブラックホールになったとしても、ホーキング輻射は観測可能なほどの光（電磁波）になりません。

　それでもごくわずかにホーキング輻射があり、ブラックホールは質量を減じて、いつかは観測可能な強さの電磁波を発するはずです。それには、10の何十乗年といったオーダーの未来ですので、ホーキング博士などは「もし宇宙誕生のときに、手ごろなサイズのブラックホールができていれば、それが観測可能になっている可能性がある……かもしれない」という期待を表明しています。まだ、それらしいものは見つかっていません。

お礼

ありがとうございました。

補足

光子が負のエネルギーを持つのですか？
また、難解な話ですね。
光子は仮想のもので、実在しないという人もいますね。
もう、私には何が何だかよくわかりません。
この辺になると、ホーキングさんが嘘や間違ったことを言ったとしても、私には論評すらできませんね。
本当にブラックホールは勝手に消滅するんですかね？