ホーキング放射はどのくらい正確にブラックホールの質量を減少させますか？

私がこれまでに理解していることから、仮想粒子の1つがイベントの水平線を通過し、もう一方が通過しない場合、それらは互いに消滅することはできません。後者は宇宙にさまよいます（ところで、この時点でまだ仮想であり、この時点で「仮想」とはどういう意味ですか？）、もう一方はブラックホールによって消費されます。このイベントがブラックホールの蒸発にどのように寄与するかはわかりません（粒子はブラックホールに由来しないため）。消費された粒子は実際にブラックホールの質量に加算されるべきではありませんか？

私に最も近い質問は、ホーキング放射が実際に宇宙に質量をもたらすかどうかです。、しかし、私は満足のいく答えを見つけられません。

すなわち、「エスケープされた仮想粒子は、ブラックホールの重力場によって「ブースト」されて実際の粒子になります」というよりも、質問に追加してから回答します。

編集：私は答えに提示された知識に謙虚であり、最も適切なものとしてマークする能力がないと感じています。これでいいと思います。

私はあなたに直感的な答えを与えるつもりです。ホーキング放射は、仮想粒子を使用した一般的なポップサイエンスの説明よりもかなり複雑であるため、これは「実際の」答えではありません。しかし、それでも直観的な正当化が可能です。

このイベントがブラックホールの蒸発にどのように寄与するかはわかりません（粒子はブラックホールに由来しないため）。

ここには重要なポイントがありません。

ペアが生成されたとき、それらは仮想パーティクルでした。ペアの一方がブラックホールに吸収され、もう一方が解放された後、解放された部分は実際の粒子です。そこには大きな違いがあります-仮想と実際。

仮想粒子は、あなたと私が存在するのと同じようには存在しません。それらは非常に短期間しか存在しないようです。ハイゼンベルグ方程式により、エネルギーが高いほど、仮想の「存在」の間隔が短くなります。多くの点で、それらは数学的なトリックにすぎません。

実際の粒子が存在しない真空を考えてください。以前は、単なる真空です。現時点では、仮想ペアが短時間ちらつき、その後消えます。将来的には再び真空になります。

以前のエネルギーは何でしたか？ゼロ。将来のエネルギーは何ですか？ゼロ。フリッカー中のエネルギーは何ですか？まあ、それは基本的にゼロで、ハイゼンベルグの方程式で許容される範囲内です。要するに、仮想粒子は行き来するものであり、空の塊のエネルギーバランスには寄与しません。

（ここでは、直感的な説明のために、真空エネルギーの概念を無視しています。）

しかし、仮想粒子の1つがブラックホールに閉じ込められたため、その仮想粒子は対応する粒子で消滅することはできません。他の粒子は反対方向に飛び去り、ブラックホールから脱出します。さらに悪いことに、これは実際の粒子です-ハイゼンベルグ方程式で許可されている期間を超えているため、エスケープするものはもはや仮想ではありません。

その粒子はどのようにして本物になりましたか？

これは大きな問題です。仮想パーティクルはエネルギーバジェットを簡単に存在させる必要がないため、実際のパーティクルは永遠にエネルギーを運ぶからです。仮想ペアがそれ自体を消滅させるのを妨げる何かが、コンポーネントの1つを実際の粒子の状態に押し上げました。仮想ペアのエネルギーはゼロです。逃げる実際の粒子はゼロ以外のエネルギーを持っています。そのエネルギーはどこかから来なければなりません。

ブラックホールから来ています。ブラックホールは、その質量/エネルギー（同じもの）の一部を放棄して、1つの粒子を仮想から現実に押し上げます。他のパーティクルはキャプチャされますが、とにかく仮想であるため、実際には問題ではありません。

この直感的な説明が言っていないのは、ブーストが実際にどのように行われるかということです。私は知らない、魔法。どういうわけか、仮想粒子の1つがブラックホールからエネルギーの塊を取得し、現実のものになります。

繰り返しますが、これは実際のプロセスではありません。実際のプロセスはより複雑です。これはただのポップサイエンスのおとぎ話です。

編集：家に近づくと、ホーキング放射はアンルー効果に近いものに近くなります。慣性オブザーバーが、このボリュームチャンクに空のスペースを見つけたとします。加速している観測者は、同じ体積の空の空間を見るのではなく、黒体放射を見るでしょう。それがウンルー効果です。

さて、一般相対性理論によれば、重力と加速度は同じものです。そのため、ブラックホールの近くの強い重力は強い加速に相当します。Unruh効果に似た何かがそこで発生しなければなりません。それがホーキング放射です。

http://backreaction.blogspot.com/2015/12/hawking-radiation-is-not-produced-at.html

EDIT2：現在このページにある他の回答は、有用な代替ポイントを提供するので、それらもチェックしてください。

これらの講義ノートでは、特にスライド33〜35について、ある程度の問題に対処しています。

地平線近くの強く歪んだ時空では、真空変動から作られた仮想粒子が負のエネルギー密度を持つことが判明したためです。

エネルギー密度=単位体積あたりのエネルギー。

これらの粒子は確かに正の質量を持っています-脱出したものを見てください！-しかし、それらの質量は時空にわたって非常に奇妙に分布しています。（量子力学的に言えば、粒子の体積はゼロではありません。これは波動粒子の二重性の側面です。）

負のエネルギー密度を持つ物質は一般にエキゾチック物質と呼ばれ ます

そして、少し後で：

平坦な時空での量子力学的真空ゆらぎ-強い重力場からはほど遠い-常に正味のエネルギー密度はゼロです。彼らは決してエキゾチックになることはできません。

しかし、ゆがんだ時空では、真空の変動は一般にエキゾチックです。変動のアンサンブルによる光の偏向の観測によってエネルギー密度を測定する遠方の観測者によると、その正味のエネルギー密度は負です。曲率が強いほど、エネルギー密度は負になります。

これは私が今まで見た中で最高の説明です。

ハイゼンベルグの原理により、時間内にすべてを返済する限り、エネルギー保存の法則に一時的に違反することができます（例：ゼロから粒子のペアを作成する）。パーティクルとアンチパーティクルのペアが大きいほど、迅速に返済する必要があります。仮想ペアを実際のペアに変換することは、未払いの負債を表すために、少しの負のエネルギーの「エキゾチックな問題」（それが何であれ）を生成するものと見ることができます。そのエネルギーは、反対の符号を持つペアと同じサイズです。これは粒子の1つと共にブラックホールに落ち、ブラックホール全体の質量を減らします。

ブラックホールの地平線は、一部の仮想ペアの再結合の邪魔になります。そのため、これらの変換は仮想→実際に行われます。

私は同じアイデアでこの講義を見つけました（より詳細で、より少ない処理）：http : //teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

専門家がこの説明に同意するかどうかはわかりませんが、以下に説明を示します。

空間とイベント期間の両方が一定の量子ゆらぎにあります。基本的に、イベントホライズンには小さな波紋があります。イベントホライズンが波打つポイント（ブラックホールの平均半径より上）では、ローカルエネルギーの平均量を上回っています。激しい重力により、その局所的な隆起が急速に引き戻され、落下する隆起により、その局所的なエネルギー集中がイベントの残りの期間にわたって戻されます。

次に、穴の近くにある可能性のある仮想粒子ペアを考えてみましょう。静止した仮想パーティクルペアがイベントホライズンのすぐ上に表示された場合、再結合して消滅するか、全体が穴に引き込まれてゼロで消滅します。ほぼ光の速度で、ブラックホールから遠ざかるように見える動きを持つ仮想粒子ペアが必要です。その仮想粒子ペアが完全に脱出するのに十分な速さになると、それらは再結合して消滅します。正味ゼロ効果。ブラックホールからほぼ光速で遠ざかる仮想粒子ペアが必要です。また、1つの仮想粒子のみを捕捉する水平線のリップルが必要です。リップルが2番目の仮想パーティクルから引き離されて両方をキャッチしないようにするには、リップルが極端に下向きの加速下にある必要があると思います。そして、ここが重要な部分です。粒子ペア間のエネルギー負債は、粒子ペアを互いに引き寄せます。トラップされた粒子は上に引き上げられており、トラップされた水平線を効果的に引き上げています。これにより、水平リップルの低下が遅くなり、低下したリップルがブラックホールの残りの部分に戻るエネルギーが減少します。

2つの仮想粒子を引き離すのに必要なエネルギーは、2つの非仮想粒子の結合エネルギーに等しくなります。したがって、落下する波紋は2つの粒子に等しいエネルギーを失い、穴は1つの粒子を食べます。すべてが、脱出した粒子とバランスを取ります。

仮想粒子が光子であるか、物質と反物質のペアであるかに関係なく、同じように機能すると考えています。

量子力学の類推です。QM内の粒子は、不可能な障壁を通り抜けることができます。これは、鉛より重い元素が、中性子の一部を核から放出して、強い力の結合を逃れることができる方法です。

小さなブラックホールは、粒子が抜け出すためにトンネルを通過できる量子障壁のようなものです。バリアが小さいほど（Event Horizo​​n）、トンネルを通過できる可能性が高くなります。そのため、228トンの質量と3.4 x 10 ^ -7フェムトメータ（文字列では陽子のサイズが100万分の1未満）のイベントホライズンを持つマイクロブラックホールは、粒子を非常に長く保持しません。実際には、正確に1秒後にHawking Radiationのバーストで爆発します。

半径1 センチメートルのより大きな地球質量ブラックホールは、粒子が自由に到達するために1センチメートル全体をトンネルする可能性がはるかに低いため、8 x 10 ^ 50年とずっと長く続きます。

出典：三次元ブラックホールから量子トンネル：https://arxiv.org/abs/1306.6380

出典：量子効果としてモデル化されたHawking Radiation：http : //cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817