ブラックホール計算機

1974年、ホーキングは事象の地平面付近の量子効果によってブラックホールが熱的に放射することを示しました — あたかも温度T_H ∝ 1/Mの黒体であるかのようにです。放射するにつれてブラックホールは質量を失って縮小し、最終的には完全に蒸発します。しかしここにパラドックスがあります。熱放射は落ち込んだものに関する情報を一切運びません。量子力学は情報が決して失われないことを要求しますが、ホーキングの計算はそれを消し去ってしまうように見えます。これがブラックホール情報パラドックスです。数十年におよぶ議論は解決に至りませんでしたが、近年の「アイランド」やページ曲線に関する研究により、情報はホーキング放射自体に含まれる微妙な量子相関 — 局所的な観測者には見えないもつれ構造 — に符号化されている可能性が示唆されています。パラドックスは完全には解決されていませんが、現在の共通見解では、ユニタリー性は保たれる、つまり情報は脱出しており、それを解読するには完全な量子重力理論が必要な形で符号化されているとされています。

回転しないブラックホールは、その質量だけで完全に記述されます。シュヴァルツシルト半径 r_s = 2GM/c² が分かれば、他のすべての目印は決まった倍数として導かれます。光子球は 1.5 r_s、最内安定円軌道は 3 r_s です。質量を2倍にすれば、これらもすべて2倍になります。太陽をブラックホールにすると直径はわずか ~3 km、地球ではたった ~9 mm です。

普通の物体はエネルギーを失うと冷えますが、ブラックホールは逆です。T_H ∝ 1/M なので、質量を放射すると穴は冷えるどころか熱くなります。これは負の熱容量です。そのため蒸発は暴走します。穴が小さくなるほど速く放射し、最後は閃光のような爆発で終わります。つまりブラックホールは、無限の熱浴と安定した熱平衡に達することが決してできないのです。