マイクロブラックホール

マイクロブラックホールとは、非常に小さなシュヴァルツシルト半径を持つブラックホールのことです。その小ささから「ミニブラックホール」とも呼ばれます。ブラックホールの質量はシュヴァルツシルト半径に比例するため、マイクロブラックホールも質量は非常に小さいのですが、量子サイズであることを考慮すると、その質量は非常に大きいと言えます。

一般相対性理論におけるブラックホールの解は、どんな質量を持つブラックホールも許容しますが、当初はこのような極小のブラックホールを生成するメカニズムが不明だったため、存在しないと考えられていました。しかし、ビッグバン直後の極めて高エネルギーな状態では、マイクロブラックホールが発生した可能性が指摘されています。

マイクロブラックホールの性質

マイクロブラックホールは、量子力学的な効果と一般相対論的な効果の両方が影響するため、厳密な分析には量子重力理論が必要とされます。しかし、従来の量子力学と一般相対論の範囲内でも、ある程度の性質を推測できます。

マイクロブラックホールの最も顕著な特徴は、その小ささゆえに量子力学的効果が強く現れる点です。特に、ホーキング輻射によって質量が失われる現象が無視できなくなり、比較的短時間で蒸発すると考えられています。もし、ビッグバン直後にマイクロブラックホールが生成されたとしても、質量が1.73億トン（半径0.256フェムトメートル）以下のものは、既に蒸発しているとされています。

ブラックホールの蒸発は、その寿命のほとんどの期間ではゆっくりと進行し、最後の短時間で急速に質量を失います。したがって、現在存在すると考えられるマイクロブラックホールは、蒸発直前のごくまれなケースを除き、その質量や半径が、蒸発前と比べて大きく変化していないと考えられます。

また、超弦理論などで提唱されている余剰次元が存在する場合、ミクロなスケールでは重力が逆二乗則よりも急激に変化するため、重力が非常に強くなると予想されています。このため、マイクロブラックホールの生成は、一般相対性理論から導かれるよりもはるかに容易になると考えられます。楽観的な予測では、LHC（大型ハドロン衝突型加速器）の出力でもマイクロブラックホールの生成が可能と言われており、余剰次元の実験的検証への期待が高まっています。

量子重力理論におけるブラックホール

量子重力理論では、従来の古典的なブラックホールに対する量子補正を考慮した計算が可能です。一般相対性理論におけるブラックホールは、重力場方程式の解として導かれるのに対し、量子重力におけるブラックホールは、古典的な特異点が発生する場所付近に量子重力効果を組み込んだものとなります。

量子重力効果のモデル化に使用される理論によって、量子重力ブラックホールには様々な種類が存在します。例えば、ループ量子ブラックホール、non-commutative black holes、asymptotically safe black holesなどが挙げられます。これらのアプローチでは、ブラックホールに特異点は存在しないとされています。

仮想マイクロブラックホールは、1995年にスティーヴン・ホーキングによって、また1999年にFabio Scardigliによって、量子重力の候補となる大統一理論の一部として提案されています。

もう一度検索