ホーキング放射の仕組み
量子真空は空ではありません。仮想粒子と反粒子のペアが絶えず生成され、ほぼ瞬時に消滅しています。ブラックホールの事象の地平線付近では、一方が中に吸い込まれ、もう一方が逃げ出すことがあります。遠方の観測者にとって、逃げ出した粒子はブラックホールから放出される熱放射のように見えます。そのエネルギーはブラックホールの質量から供給されるため、ブラックホールは質量を失い、最終的には蒸発します。
ブラックホールの温度
ホーキングは、ブラックホールが T = ħc³/(8πGMk_B) （Mはブラックホールの質量）の温度で完全な黒体として放射を放出することを示しました。恒星質量ブラックホールの温度は宇宙マイクロ波背景放射よりもはるかに低く、宇宙の年齢よりもはるかに長い時間をかけて蒸発します。観測可能な時間枠で蒸発できるのは、原始ブラックホールのみです。
情報パラドックス
ホーキング放射は「ブラックホール情報パラドックス」を生み出しました。ブラックホールが構造化された量子状態から形成され、熱放射として蒸発するなら、情報はどこへ行くのでしょうか？ 量子力学は情報の破壊を禁止しています。このパラドックスは40年間、理論物理学者を悩ませてきました。現在の主流派の理論家の多くは、情報はホーキング放射の中に微妙な相関としてエンコードされ、保存されていると考えていますが、その証明は未完成です。
よくある質問
ホーキング放射とは何ですか？
ホーキング放射とは、事象の地平線付近の量子効果により、ブラックホールから放出されると予測される熱放射のことです。地平線付近で発生した仮想粒子・反粒子ペアが分裂し、片方の粒子が放射として脱出することで生じます。これによりブラックホールは質量を失い、最終的に蒸発します。
ホーキング放射は検出されていますか？
いいえ。既知の天体物理学的ブラックホールから発生するホーキング放射の温度は、宇宙マイクロ波背景放射の温度より圧倒的に低いため、現在の技術では検出不可能です。その検出には、原始ブラックホールか、実験室でのアナログ実験が必要です。
ブラックホール情報パラドックスとは何ですか？
ブラックホールが特定の量子状態から形成され、特徴のない熱放射として蒸発するならば、元の情報は破壊されたように見え、量子力学的なユニタリ性に違反します。多くの理論家は現在、情報はホーキング放射内の微妙な相関関係の中に保存されていると考えていますが、完全な証明（ページ曲線）は未だ活発な研究分野です。