ブラックホールの蒸発
1日10分、宇宙時間をテーマに毎日お届けしております、宇宙話。 今回は、ブラックホールって蒸発する?
ブラックホールの蒸発と呼ばれる、スティーブンホーキング博士が提唱した説、 こちらを紹介していきたいと思います。
ブラックホールは、永遠に不滅なものではなく、実はじわじわと宇宙空間に溶け出している、 蒸発している、そんなお話ししていきますので、ぜひ最後までお付き合いください。
2023年11月28日、始まりました、佐々木亮の宇宙話。 このチャンネルでは、1日10分、宇宙時間をテーマに、天文学で博士号を取得した専門家の亮が、毎日最新の宇宙トピックをお届けしております。
本日でエピソードが1145話目を迎えております。 基本的には1話完結でお話ししているので、例えば、昨日の話だと、ブラックホールの周りに惑星ができるかも、 そんな話だったり、ブラックホール、実は結構解明が進んでいて、
それのおかげで、ブラックホールを道具として使っていく、 みたいな、そういう角度の研究とかも、それの前にはしていたりするので、 ぜひですね、ブラックホール、こんな感じで理解すると面白いのかなっていうのを実感していただけたら嬉しいなというふうに思っております。
そんな感じで、じゃあブラックホール特集、もうかれこれ1ヶ月ぐらいやってるんですかね。 永遠にできるんだなっていうのは本当に実感してるんですけど、そんな中で、昨日ある質問、リスナーさんからの質問をいただきましたね。
そこで、ぜひ昨日のエピソード聞いて欲しいんですけど、そこで言われてたのが、ブラックホールの蒸発って何ですかっていう。 ブラックホールの蒸発。なので今回はそのお話をちょっとしていこうかなというふうに思っております。
ブラックホールの蒸発ね。 意味がわかんないですよね。大丈夫です。今回はそこを説明していくっていう感じになります。
ブラックホール自体の存在はあるだろうというところが、もともと相対性理論の話で言われていたところから、実際に観測で確認できるようになったのが、
X先天文学とかが発展してきてっていうところで見ると、まだやっぱ50年とか60年とか、そういったところのタイムスケールなんですよね。
で、そんな中でブラックホールに対する理解っていうのがどんどん深まっていった中で、じゃあブラックホール生まれました。
ブラックホールっていうのは、星がどんどん進化していった後に、まあ言ってしまえば死ぬ時にできる天体の一つがブラックホールなんですよね。
で、そのブラックホールじゃあ生まれましたってなってから、ずっとこのポッドキャストでは成長の話をしてたんですよ。
成長。まあ成長に関しては、このブラックホール、周りからものをぐいぐいぐいぐい吸い込んでいって、どんどんどんどん重くなってでかくなって、そういう状態ですよっていう話をしました。
で、ただ成長ばっかりじゃなくて、いなくなっていく要素もあるんじゃないのっていうのを指摘したのがこの蒸発と呼ばれる現象ですね。
なんか蒸発っていう言葉だと、どうしても水を沸騰させてものがなくなっていくみたいな感じに見えるので、そういう液体がグツグツしてっていうイメージで捉えちゃうと思うんですよ。
っていうよりは、なんか単純に気づいたらものがなくなってたなみたいなぐらいの情報の感じで捉えてくれればいいですね。
だからブラックホールは実際、質量をだんだん失いながら、けど周りからいろんなものを吸い込んでいって、成長したり衰退していったりするっていうところの一つとして考えられているのが蒸発ですね。
この蒸発の部分に関しては、今さっと調べた感じだと、やっぱりまだ観測的な結果からいろいろ言うっていう感じよりは、理論的に考えられている面が強いです。
宇宙の研究っていうのは、理論的に考えるっていう側面と、観測的に考えるっていう側面があって、観測的っていうのは、いわゆる天文学者、望遠鏡を除いてどうのこうのとか、
僕がポッドキャストでもよく話す、この天体を観測したらこんなことが分かりましたみたいな、ああいうのが観測ですね。
で、その一方で、例えば昨日のポッドキャストで話した、ブラックホールの周りに惑星ってできるのかな、見つかってないけどありえるよね、みたいなことを計算で確からしさを指摘していくのが、この理論側。
で、そういうバランスで天文学って、理論側で先に予測していたものが観測で明らかになる。観測で訳のわからないものを見つけて、それを理論側で抑えていく。
そういう切磋琢磨しながら成長していく、そんな分野なんですよね。
で、例えばその理論が先のパターン、今回で言うとまだ理論的に言われてるだけだよっていう話だったので、理論の方が先のパターンで言うと、
それこそブラックホールがあるかどうか、みたいな話は理論が先にあって、で、それを観測的に示していったっていうところだし、
あとは重力波天文学っていう話しましたよね、こないだ。その重力波っていうものがあるっていう予測をしたのも、100年前、アインシュタインが
研究していた計算の中で出てきた概念だったりする。で、それが100年越しに実際に観測することができたっていうところが、いわゆる理論が先にどんどん、
先にじていろんなものを予測できていたっていう状況を、まあ明確に表している事例かなと思うわけですよ。
で、そんな中で、じゃあその蒸発、ブラックホールが蒸発していくっていう話は、一体どこから来たのか。
ホーキング博士による提唱
っていうところで言うと、これ、物理学者と言えば、一番直近でみんなが頭の中に思い浮かぶ物理学者で、
すげえ人って言ったら誰ですかね。 これ、ホーキング博士って知ってますか。
ホーキング博士、結構メディアとかにも出ていて、 数年前に亡くなってしまったんですけど、そのホーキング博士が唱えた
理論っていうのがまさにこのブラックホールの蒸発です。 ホーキング博士は基本的にはそういう
理論的にものを 計算して証明していくっていうところを主な
なりわいにしていた部分があるので、そういったところでブラックホールの蒸発っていうのがあり得るよっていう話をしてました。
みんながなんとなくイメージつく、 今の身の回りの空間とか、こういうのって古典的な物理とか、なんかそういった感じで言われるんですけど、
普通に真空の中に単独のブラックホールがあったら、 重力がものすごく強いので、周りに何かものがあったら吸い込むし、
なくても別にものを吸い込むだけだから、基本的にその場に居続けるんじゃないか っていうふうに考えれると思うんですよね。
つまり永久に存在するんじゃないかと。 けど、ここ最近、
古典物理っていうところからどんどん発展していった中で指摘されていくのが、量子力学って呼ばれるものですね。
量子力学の視点
量子力学っていうところの目線で見ると、僕たちは目に見えているものだったり、分子とかそういうものよりも、
もっと小さい粒っていうのがいろんなところにあるだろうっていうふうに考えなきゃいけなくて、 その中でもこれちょっと難しい話しますね。
仮想的な粒子、そして反粒子と呼ばれる、 磁石で言うとSMみたいな、なんかこうくっついて一つのものとして成り立っている。
そういうちっちゃい粒の概念を取り出すことを量子力学って言うんですけど、ざっくり言うと。
で、その中で仮想的な粒子、そして反粒子と呼ばれる、一対一の関係性のものっていうのが生成されては消滅していくっていうのを世の中では繰り返しているんですよね。
生成して消滅する、その粒をどんどん作っては壊して作っては壊してみたいなところを繰り返していると。
で、ブラックホールの近くでこの粒子粒が生成される、そしてそれらが消滅するっていうところが繰り返されていく中で、
片方の粒子がブラックホールの中に落ち込んでいってしまって、吸い込まれていっちゃうんですね。
で、逆にそのもう一方の粒子はブラックホールに吸い込まれないっていうような状況が発生するだろうと。
目に見えない小さな粒、粒子たちっていうのがバラバラの動きをして、粒子と反粒子っていう、
普段だったら対になっているものの片方が沈んでいってしまう。
そういう状況もこの重力の環境下においてはあり得るだろうと。
そうすると残ったもう片方はどうなるかっていうと、相方がブラックホールに吸い込まれちゃったので、
もう遠くへ逃げ去るっていうような力が働いて遠くへ逃げていくと。
つまりブラックホールから外に出ていくイメージですね。
ブラックホールからの蒸発
ブラックホールから片方の粒子だけ逃げていく。
本当は2つペアじゃなきゃいけないのに、片方だけブラックホールに吸い込まれて、片方だけ外に吹き出してしまうっていう状態。
こういった状態の時にまるで外から見ると、このブラックホールから何か粒がふわーって出ていって、
蒸発しているように見えるだろうというところで、エヴァポレーション、蒸発っていうことが使われてるんですね。
むずいですよね。本当は何か物が吸い込まれるかどうかだけでブラックホールの周りって今まで判断してたんだけど、
もっとちっちゃい世界まで見たら、本当は物事を構成する物質っていうのが粒子っていうのがペアで存在してて、
その片方だけ吸い込まれちゃうっていうパターンあるんじゃないのみたいな。 で片方だけ吸い込まれるとどうなるかっていうと、もう片方は遠くに飛んで行ってしまう。
そしてブラックホールの中からは、普段だったら2つで1つの存在をしているものが2つに分かれて片方が飛んで行ってしまうと。
ブラックホールの周りから。 そうするとブラックホールからまるで物が蒸発して宇宙空間に逃げて行ってしまったように見える。
そうするとブラックホールっていうのはだんだん質量が失われていって、最終的には蒸発してなくなるだろうっていう風になっている。
ブラックホールの蒸発速度
そういったイメージですね。 これが蒸発なんですよ。
わかりづらいですよね。 この蒸発、結構なスピードで起きているのかっていうと、実は全然そんなことなくて、
理論的に考えられているスピードで言うとですね、 太陽の重さぐらいのものが自然に全部蒸発していくまでのタイムスケールって、
これ10の60乗年。 10の60乗年です。
10と0が60個繋がっている時間。 もう永遠と言ってもいいですよね。
60個って無料対数だっけ。 1、10、100、1000、万、億、長、計、概、みたいな。やるじゃないですか。
僕あれ全部覚えたんですよ、小学校の時。 それだから0が60個は確か無料対数だった気がする。違うかな。
長、計、概、長、長、交換、精細、極、豪華者、麻生記みたいな。 そんなのだった気がしますね。30か。
ちょっとあんま覚えてないですけど、そういうことになっていくと。 なので基本的にはその少量ずつしか蒸発していかないので、僕たちは今の状態でその蒸発っていう
ものを検出するっていうのはなかなか難しそうっていうのが、 実際のところかなというふうに思っております。
でですね、今回質問いただいた玄蔵さんという方が質問いただいたんですけど、 セルンの実験でブラックホールは作れるらしいのですが、すぐに蒸発するから問題ないと言われている?
とかっていうふうに言われてたんですけど、 もしそもそもブラックホールができているのかっていう話があって、
もしブラックホールを作るみたいなことになったら、 かなりの蒸発スピードかなりゆっくりなので、
作れたという定義がどういうところなのか、 それに対してブラックホールどのぐらいのスピードで蒸発しているのかみたいな、
そういったところをもうちょっと丁寧に考えていくと、 セルンでブラックホール作れるとかっていう話が本当なのかどうかっていうところまで
踏み込んでいけるかなと個人的には思ったってところですね。 なのでちょっとそういうブラックホール、人間で作れるとかそういった話までは
踏み込みきれないもののですね、 ブラックホールの蒸発っていうのは、そういうなんか
構成している物質というか粒子ですね。 量子力学っていう概念で言うとこの粒子、この粒子が
対になっているものの片方だけブラックホールに吸い込まれて、 片方が飛んでいくっていうような、そういう状態が蒸発っていうところを説明している。
そんな感じで覚えていただければいいんじゃないかなというふうに思っております。 ということでなんかちょっと小難しい話たくさんしましたけど、ぜひですねこちら
何回か聞いて楽しんでいただけたらと思います。 こんな感じでみんなからいただいた質問とか、そういったところからどんどんエピソードを作っていこうかなとも思っているし、
あとなんか、そろそろブラックホール特集いいんじゃないの?みたいな ツイッターでちらほらいただき始めているので、ブラックホール好きなだけ喋って次の特集に入っていけ
たら面白いかなと思っております。 引き続き聞いていただけたら嬉しいです。今回の話も面白いなぁと思ったらお手元の
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