黑洞视界附近的量子统计力学

我们对靠近黑洞视界的小物体的热力学进行了第一性原理分析。具体而言，我们研究了悬于 Schwarzschild 视界上方小盒中量子理想气体的范例系统。我们用自由量子场（玻色与费米、有质量与无质量）描述该气体。我们通过微正则分布确定热力学性质。我们首先分析了 Rindler 时空中小盒这一更一般的情形，然后专门化到黑洞情形。物理强烈依赖于盒子到视界的距离，我们将其视为宏观热力学变量。我们发现，当接近视界时，系统的有效维度从三维过渡到二维；当盒子被绝热地降至黑洞时，Bekenstein 界失效；且压强高度各向异性。上下壁之间的压强差导致一个必须加到引力加速度上的有效力。我们还表明，当系统被带到距视界微观距离时，物质在固定背景上传播的量子场近似失效，此时必须包含反作用效应。