Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge, adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process. There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
ブラックホールは 宇宙で最も破壊的な天体です ブラックホールの中心にある 特異点に近づき過ぎたものは 小惑星、惑星、恒星であろうと その極めて高い重力場により 引き裂かれる危険性があります 接近してくる天体が ブラックホールの事象の地平面を横切ると 消滅し 2度と現れることはありません その過程で ブラックホールの質量に加わり 半径が増加するだけです ブラックホールに 何を投げ込んだとしても 一切ダメージを与えることはありません 別のブラックホールをもってしても 破壊されることはなく 2つのブラックホールは融合して より大きいブラックホールになるだけで この時 重力波として エネルギーを少し放出します 所説ありますが いつか遠い未来に宇宙は ブラックホールだけに なるかもしれません それでも ブラックホールが破壊されるか 蒸発することがあるかもしれません 仮説が正しいなら 私たちは待つだけで良いのです
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
1974年 スティーヴン・ホーキングは ブラックホールが徐々に 質量を失っていくという説を提唱しました ホーキング放射として知られる この理論は 真空の量子ゆらぎという 確立した現象に基づいています 量子力学によると 時空のある点は 複数の可能な エネルギー状態の間でゆらぎます このゆらぎは 仮想粒子対の 連続的な生成と破壊により 引き起こされます この粒子対は 粒子と 逆の電荷をもった 反粒子で構成されます
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
通常 2つの粒子が出現してもすぐに 互いに衝突して対消滅し この際 全エネルギーは保存されますが ブラックホールの事象の地平面のすぐ近くに 出現する場合はどうなるのでしょうか? 2つの粒子が ちょうど良い場所に位置していれば 一方の粒子はブラックホールの 引力から逃れられ 反粒子は ブラックホールに落ちます 反粒子は 事象の地平面の内部にある 逆の電荷をもった 別の粒子と対消滅し ブラックホールの質量は減少します 一方 外部の観測者にとっては ブラックホールが脱出した粒子を 放射したかのように見えます
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
それ故 ブラックホールが 物質とエネルギーを新たに吸収し続けない限り 粒子1個ずついう 非常にゆっくりしたペースで蒸発します どの位 遅いのか? ブラックホールの熱力学という 物理学の一分野が答えてくれます
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
日用品や天体が 周囲に放出するエネルギーを 私たちは それを熱として捉え その放出されたエネルギーを 温度の測定に用います ブラックホールの熱力学は ブラックホールの「温度」を 同様に定義することを提唱しています 理論によると ブラックホールの 質量が大きくなるにつれて 温度は下がります 宇宙最大のブラックホールは 10のマイナス17乗K(ケルビン) のオーダー つまり絶対零度に限りなく近い 温度を発します 一方 小惑星ベスタの質量を持つ― ブラックホールの温度は 200℃近くにもなり ホーキング放射により 冷たい外側の空間に向けて 大量のエネルギーを放出します ブラックホールが小さくなるほど 燃えるかのように より熱くなり より早く燃え尽きてしまいます
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
どのくらい短いのでしょうか? 息を殺す間もないくらいです まず 大抵のブラックホールは 物質やエネルギーを ホーキング放射よりも素早く 融合、吸収します しかし ブラックホールが融合しなくなると それが太陽と同じ質量のものであっても 10の67乗年かかり 完全に蒸発するには 現在の宇宙の年齢よりも はるかに 長い時間がかかるのです ブラックホールが 230トン程度まで小さくなると あと1秒間しか存在できません 最後の1秒で 事象の地平面は どんどん小さくなり ついには 全エネルギーを 宇宙に放出します ホーキング放射が 直接観測されたことはありませんが 天空で瞬間的に検知された 特定のガンマ線は 宇宙の黎明期に形成された 小さな原始ブラックホールの 最期の痕跡であると 信じる科学者もいます
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.
最終的に ほとんど想像もできないほど 遥か遠い未来には 冷たく暗い宇宙が 残されるのかもしれません でも ホーキングが正しいなら そうなる前に 通常 恐ろしく 他の手段では 破壊されることのないブラックホールは 最期に栄光の輝きを放ち 消滅することでしょう