ホーキング放射

ホーキング放射（ホーキングほうしゃ、Hawking radiation）またはホーキング輻射（ふくしゃ）とは、ホーキングが存在を提唱・指摘した、ブラックホールからの熱的な放射のことである。

ブラックホールは熱的な特性を持つだろう、と予言したベッケンシュタインの名前を取って、ベッケンシュタイン・ホーキング輻射（Bekenstein-Hawking radiation）と呼ぶこともある。

概説

一般相対性理論が予言するブラックホール天体には、量子効果を考えるならば、熱的な放射がある、と1974年にホーキングが提唱した。

ブラックホールを孤立系として考えたとき、熱力学とのアナロジーからブラックホール熱力学が成立すると考えられている。そのアナロジーから、ブラックホールの絶対温度 $T_{}^{}$ が次式で定義される。

$T = \frac{\hbar c^3}{8\pi kGM}$

ここで $k_{}^{}$ はボルツマン定数、$M_{}^{}$ はブラックホールの質量 である。つまり、ブラックホールは、その質量で決まる温度 $T_{}^{}$[K] の熱放射を放出していることになり、完全に「黒い」わけではない。 これをホーキング輻射と呼ぶ。ホーキング輻射はエネルギーを外部に放出するので、ブラックホールの質量は減少する。

上式から、ブラックホールは質量が小さければ小さいほど高温であるといえる。とはいえその温度は、例えば太陽の数倍の質量を持つブラックホールの場合、上式から100万分の1[K]程度となり、通常の恒星質量クラスのブラックホールでは宇宙背景放射の温度（3K）よりもずっと低い。

「しかし、遙かに長い時間で見れば、閉じた宇宙でない限り全てのブラックホールはホーキング輻射により最終的に蒸発してしまう」と考えられている。

　簡略化された説明

簡略化された説明では、量子力学的に真空ゆらぎからトンネル効果により粒子がブラックホールの事象の地平線付近で対生成を起こす。その対生成で出来た二つの粒子の一方が地平線に向かって落ち、片方が外へ放射される。エネルギー保存の法則からブラックホールの質量エネルギーは下がる。つまり質量を失う。この放射がホーキング放射と呼ばれる。

関連項目

• 一般相対性理論 - 素粒子物理学
• ブラックホール