逃げ足『ホーキングの最新宇宙論』を読んで

ブラックホールがはじめて考えられたのが、1983年イギリスのケンブリッジ、クィーンカレッジの研究生ジョン・ミッチェルが論文を提出しているそうです。

大砲の弾を垂直に打ち上げると重力の影響で速度が止まります。そして、今度は重力に引っ張られ落下します。しかし、ある臨界速度を超えると運動し続けます。この速度を脱出速度と言うそうです。

地球では毎秒約11km、太陽では毎秒約620km。これは光の速度（毎秒18万6000km）よりずっと遅い、つまり光は重力に左右されずに運動し続けることができるようです。

しかし、ミチャルは「非常に小さく重い星は光を超える脱出速度を持っている」と述べました。表面からの光は重力に引き戻され届かない、でも、周りの重力場で検出できるようです。

これを証明することができたのがアインシュタインの「一般相対論」だそうです。

時空とブラックフォール

時間と空間は「時空」と呼ばれる四次元空間を構成します。この空間は中の物質とエネルギーによって捻じ曲げられています。アニメとかで使われる「時空」ってこういう意味なんですね。

物体はこの時空中を直線に進みます。光も同様に直線に進みますが、時空が曲がっていれば経路も曲がります。つまり、太陽のような大きなエネルギーがあるところでは時空が曲がってしまいます。そして相対論上光が一番速く、それよりも大きい脱出速度を持っているブラックホールは何でも飲み込んでしまうと考えられていました。

しかし、相対論の欠点は後に表れた量子力学の不確定性原理を取り入れていないため、光より速い物質の存在を確認できませんでした。

不確定性原理によれば粒子ははっきり決まった位置と速度を同時に持ちえません。

そのためブラックホールは一定の割合で放射と粒子を放出しているのです。 

不確定原理によれば粒子はある短い距離でなら光より早く動くことが許されます。粒子がブラックホールのように限定された領域に閉じ込められていると速度は不確定性をもち粒子の速度は光速を超えていきます。つまり、ブラックホールが小さければそれだけ粒子は漏れ出していきます。

とても難しく、内容がまとまっていませんが、後日また自分の理解が進んだら書いていこうと思います。

ホーキングの最新宇宙論―ブラックホールからベビーユニバースへ