Вернер Израиль: Канадтық физиктің өмір жолы мен ғылыми еңбектері
Werner Israel
Вернер Израиль (1931-2022) – канадалық физик, гравитация теориясы мен қара саңылауларды зерттеуге үлкен үлес қоскан. Өмірі мен еңбектері туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Канадалық физик (1931–2022)
Canadian physicist (1931–2022)
Вернер Израиль (4 қазан 1931 – 18 мамыр 2022) – гравитациялық теорияға, әсіресе қара тесіктерді түсінуге үлкен үлес қоскан теориялық физик.
Werner Israel, (October 4, 1931 – May 18, 2022) was a theoretical physicist known for his contributions to gravitational theory, and especially to the understanding of black holes.
Өмірбаян
Израиль 1931 жылы Германияның Берлин қаласында дүниеге келген. Оның отбасы 1936 жылы нацистік Германиядан қашып, Оңтүстік Африканың Кейптаун қаласына қоныстанды, сол жерде өсті. Ол кішкентай кезінен астрономия мен космологияға қызығушылық танытқан. Ата-анасы ауыр сырқатқа шалдыққанда Израиль және оның ағасы төрт жыл бойы жетімдер үйінде тұрды. Израиль Кейптаун университетінде бакалавр және магистр дәрежелерін алды, ал докторын Джон Синг жетекшілігімен Дублин Тринити колледжінде қорғады. 1958 жылы Израиль Эдмонтон қаласындағы Альберта университетінде профессорлық қызметке қабылданды және 1996 жылы зейнеткерлікке шыққанға дейін профессор болып жұмыс істеді. Зейнеткерлікке шыққаннан кейін Израиль Британдық Колумбияның Виктория қаласындағы Виктория университетінде физика және астрономия пәнінен адъюнкт-профессор болып қызмет етті. Ол тағы да 20 жыл бойы ғылыми зерттеулермен айналысты. Дублин жылдары Вернер Израиль Инге Маргулиске үйленді. Олардың Марк атты ұлы мен Пиа атты қызы болды.
Israel was born in Berlin, Germany in 1931. His family fled Nazi Germany in 1936 and settled in Cape Town, South Africa, where he was raised. He was interested in astronomy and cosmology from a young age. For four years, when his parents were seriously ill, Israel and his brother lived in an orphanage. Israel received his B. Sc. and M. Sc. from the University of Cape Town, and his Ph. D. from Trinity College, Dublin, under the direction of John Synge. In 1958, Israel accepted a faculty position at the University of Alberta in Edmonton, where he remained as professor until his retirement in 1996. Following his retirement, Israel was Adjunct Professor of Physics and Astronomy at the University of Victoria in Victoria, British Columbia. He remained active in research for another two decades. During the Dublin years, Werner Israel met and married Inge Margulies. They had a son Mark and a daughter Pia.
Ғылыми жұмыс
Вернер Израиль негізінен жалпы салыстырмалылық теориясы, әсіресе қара тесіктер теориясы бойынша еңбегімен танымал. 1966 жылы, мансабының салыстырмалы түрде ерте кезінде, Израиль жалпы салыстырмалылық теориясында заттың жұқа қабықтарының динамикасын талдап, заттың тірегі болып табылатын гипербеттің екінші негізгі формасы тұрғысынан геометриялық сипаттама берді. Мұндай жұқа қабықтарды пайдаланып көптеген қызықты мысалдарды құрастыруға болатындықтан, бұл Израильдің ең көп сілтемеленген мақаласына айналды (мыңдаған сілтеме). Бұл мақалаға қызығушылық уақыт өте келе артты, ол 2000 жылдан бері ең көп сілтемеленді. Израиль көп жылдар өткен соң жалпы салыстырмалылық теориясындағы жұқа қабықтар тақырыбына қайта оралды. Израильдің қара тесік теориясына алғашқы маңызды үлесі 1967 жылы болды, ол шарлық симметриялық қара тесікті сипаттаған Шварцшильд шешімінің материялық өрістерсіз Эйнштейн теңдеулерінің бірегей статикалық қара тесік шешімі екенін көрсетті. Израиль бұл нәтижені Эйнштейн-Максвелл теориясына дейін кеңейтіп, бұл жағдайда бірегей статикалық қара тесік шешімінің Райснер-Нордстрем шешімі екенін көрсетті. Картер жақын арада осындай мәлімдемелер тұрақты (қажетті түрде статикалық емес) қара тесік шешімдері үшін де жарамды екенін көрсетті. Бұл нәтижелер «қара тесіктің шашы жоқ» деген тұжырымдамамен қорытындыланды. Нақты әлемдегі гравитациялық құлдырау әрқашан Керр-Ньюман қара тесігіне алып келеді деген гипотеза (бұл Израиль мен Картердің стационарлық шешімдері туралы теоремаларына қосымша ғарыштық цензура туралы болжамды қажет етеді) кейде Картер-Израиль болжамы деп аталады. 1972 жылы Израиль және Г.А. Уилсон Эйнштейн-Максвелл теориясының жаңа стационарлық шешімдерін тапты, оны Пержес те тапты. Кейіннен супергравитация теориясының үлкен класында барлық суперсимметриялық қара тесік шешімдері скалярлық өрістерді қосу үшін жалпыланған Израиль-Уилсон-Перже формасында екені анықталды. Бұл суперсимметриялық теориялардағы қара тесік күйін санау бойынша кейінгі жұмыста маңызды болды. Израильдің 1976 жылы жарық көрген ең терең еңбегі Хокинг сәулеленуімен тепе-теңдікте тұрған қара тесікке қатысты. Нөлден жоғары температурадағы жылулық тепе-теңдіктегі кванттық жүйе ең тікелей аралас күймен сипатталады, яғни жылулық тығыздық матрицасымен. Алайда, мұндай жылулық тығыздық матрицасын екі еселенген жүйенің таза күйінде, екі түпнұсқалық жүйенің көшірмесі ретінде «тазалау» мүмкін. Бастапқы жүйенің жылулық тепе-теңдігін сипаттайтын екі еселенген жүйенің таза күйі қазіргі уақытта термо өрістің қос күйі деп аталады. (Израильдің терминологиясы сәл өзгеше болған.) Стивен Хокингтің қара тесіктерден кванттық сәулеленуді негізгі ашылуынан кейін кванттық деңгейдегі қара тесік термиялық жүйенің мысалы болып табылады және қара тесікті жылулық тепе-теңдіктегі сәулеленумен қалай сипаттауға болады деген сұрақ туындайды. Израиль шарлық симметриялы (Шварцшильд) қара тесіктің жылулық тепе-теңдік жағдайы Шварцшильд шешімінің ең үлкен аналитикалық кеңеюі тұрғысынан табиғи геометриялық түсіндірілуге ие екенін көрсетті. Бұл кеңейту «екі жақты» – ол әрқайсысында қара тесік бар, екі қара тесікті «құрт тесігімен» байланыстыратын асимптотикалық жазық ғаламдарды сипаттайды. Израиль құрт тесігінің екі жағын термо өрістің қос күйіндегі екі көшірме ретінде түсіндірді. Бұл Хартл мен Хокингтің белгілі жұмысына сәйкес келеді және сәулеленумен тепе-теңдікте тұрған қара тесіктің күйі кейде Хартл-Хокинг-Израиль күйі деп аталады. Диссипативтік термодинамиканың стандартты формулалары салыстырмалылық теориясымен үйлесімсіз, өйткені олар жылулық және тұтқыр әсерлердің бірден таралуын болжайды. 1970 жылдары Израиль салыстырмалылық теориясына сәйкес келетін диссипативтік термодинамиканы қайта қарастырды. Израильдің жұқа қабықтар бойынша жұмысына қатысты жағдай сияқты, бұл жұмысқа қызығушылық уақыт өте келе артты және 2000 жылдан бері осы саладағы Израильдің мақалалары өте көп сілтемеленді. 1989 жылы Израиль Эрик Пуассонмен бірге қара тесік ішін зерттеуді бастады және Роджер Пенроуздың ұсынысы бойынша «массалық инфляция» құбылысын тапты, ол қара тесіктің ішкі (немесе Коши) көкжиегінің жанында пайда болуы мүмкін. Бұл жұмыс жалпы салыстырмалылық теориясындағы «күшті ғарыштық цензура» мәселесіне әсер етті және келесі онжылдықтарда күшті ғарыштық цензура туралы зерттеулерге ықпал етті. Стивен Хокингпен бірге Вернер Израиль гравитациялық физика бойынша екі томдық еңбектерді бірлесіп шығарды.
Werner Israel is primarily known for his work on general relativity, especially on black hole theory. In 1966, relatively early in his career, Israel analyzed the dynamics of thin shells of matter in general relativity, providing a geometrical description in terms of the second fundamental form of the hypersurface on which the matter is supported. Partly because many interesting examples can be constructed using such thin shells, this has become Israel's most cited paper (thousands of citations). Interest in this paper has increased over time; it has been cited most heavily since the year 2000. Israel returned to the topic of thin shells in general relativity many years later. Israel's first important contribution to black hole theory came in 1967 when he showed that the Schwarzschild solution, which describes a spherically symmetric black hole, is the unique static black hole solution of Einstein's equations (without matter fields). Israel extended this result to Einstein Maxwell theory, showing that in that case, the unique static black hole solution is the Reissner Nordstrom solution. It was soon shown by Carter that similar statements hold for black hole solutions that are stationary (not necessarily static). These results have been summarized by the expression ``a black hole has no hair.'' The hypothesis that gravitational collapse in the real world always leads to a Kerr Newman black hole (which requires an assumption about cosmic censorship in addition to the theorems of Israel and Carter about stationary solutions) is sometimes called the Carter Israel conjecture. In 1972, Israel and G. A. Wilson discovered a new class of stationary solutions of Einstein Maxwell theory, also discovered by Perjés. It was later found that, in a large class of supergravity theories, all supersymmetric black hole solutions are of the Israel Wilson Perjés form, generalized to include scalar fields. This has been important in subsequent work on the counting of black hole states in supersymmetric theories. What was perhaps Israel's deepest work, published in 1976, concerned a black hole in equilibrium with the Hawking radiation that it emits. A quantum system in thermal equilibrium at a nonzero temperature is most directly described by a mixed state a thermal density matrix. However, it is possible to ``purify'' such a thermal density matrix as a pure state of a doubled system two copies of the original system. The pure state of a doubled system that describes thermal equilibrium of the original system is nowadays usually called the thermofield double state. (Israel's terminology was slightly different.) In view of Stephen Hawking's fundamental discovery of quantum radiation from black holes, a black hole at the quantum level is an example of a thermal system and one can ask how to describe a black hole in thermal equilibrium with radiation. Israel showed that the thermal equilibrium state of a spherically symmetric (Schwarzschild) black hole has a natural geometric interpretation in terms of the maximal analytic extension of the Schwarzschild solution. This extension is “two sided'' it describes a pair of asymptotically flat universes, each containing a black hole, with the two black holes being connected by a ``wormhole.'' Israel interpreted the two sides of the wormhole as the two copies in the thermofield double state. This was in parallel with well known work by Hartle and Hawking and the state of a black hole in equilibrium with radiation is sometimes called the Hartle Hawking Israel state. Standard formulations of dissipative thermodynamics are inconsistent with relativity theory as they predict instantaneous propagation of thermal and viscous effects. In the 1970's, Israel reformulated dissipative thermodynamics to be consistent with relativity. As in the case of Israel's work on the thin shells, interest in this work has increased over time and Israel's papers in this area have been very heavily cited since the year 2000. In 1989, together with Eric Poisson, Israel pioneered the study of black hole interiors and, following up a suggestion of Roger Penrose, discovered the phenomenon of “mass inflation'' which can occur near the inner (or Cauchy) horizon of a black hole. This work has a bearing on the question of “strong cosmic censorship'' in general relativity and influenced research on strong cosmic censorship in the following decades. Together with Stephen Hawking, Werner Israel co edited two volumes on gravitational physics.