Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Канадский физик (1931–2022)
Canadian physicist (1931–2022)
Вернер Израиль (4 октября 1931 – 18 мая 2022) – физик-теоретик, известный своими вкладами в теорию гравитации и, в особенности, в понимание чёрных дыр.
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.
Биография
Израиль родился в Берлине, Германия, в 1931 году. Его семья бежала из нацистской Германии в 1936 году и поселилась в Кейптауне, Южная Африка, где он вырос. Он интересовался астрономией и космологией с юных лет. В течение четырех лет, когда его родители серьезно заболели, Израиль и его брат жили в детском доме. Израиль получил степени бакалавра и магистра в Университете Кейптауна и степень доктора философии в Тринити-колледже, Дублин, под руководством Джона Синге. В 1958 году Израиль принял должность преподавателя в Университете Альберты в Эдмонтоне, где оставался профессором до выхода на пенсию в 1996 году. После выхода на пенсию Израиль был адъюнкт-профессором физики и астрономии в Университете Виктории в Виктории, Британская Колумбия, и оставался активным в исследованиях еще два десятилетия. Во время учебы в Дублине Вернер Израиль встретил и женился на Инге Маргулис. У них родились сын Марк и дочь Пиа.
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.
Научная работа
Вернер Израиль известен прежде всего своей работой по общей теории относительности, особенно по теории чёрных дыр. В 1966 году, относительно рано в своей карьере, Израиль проанализировал динамику тонких оболочек материи в общей теории относительности, предоставив геометрическое описание с точки зрения второй фундаментальной формы гиперповерхности, на которой поддерживается материя. Отчасти потому, что многие интересные примеры могут быть построены с использованием таких тонких оболочек, эта работа стала самой цитируемой статьёй Израиля (тысячи цитирований). Интерес к этой работе со временем возрастает; она наиболее часто цитируется с 2000 года. Израиль вернулся к теме тонких оболочек в общей теории относительности много лет спустя. Первый важный вклад Израиля в теорию чёрных дыр был сделан в 1967 году, когда он показал, что решение Шварцшильда, описывающее сферически симметричную чёрную дыру, является единственным статическим решением уравнений Эйнштейна для чёрной дыры (без учёта полей материи). Израиль распространил этот результат на теорию Эйнштейна — Максвелла, показав, что в этом случае единственным решением статической чёрной дыры является решение Райсснера — Нордстрёма. Вскоре Картер показал, что аналогичные утверждения применимы к решениям чёрных дыр, которые являются стационарными (не обязательно статическими). Эти результаты были обобщены выражением «у чёрной дыры нет волос». Гипотеза о том, что гравитационный коллапс в реальном мире всегда приводит к чёрной дыре Керра — Ньюмана (которая требует предположения о космической цензуре в дополнение к теоремам Израиля и Картера о стационарных решениях), иногда называется гипотезой Картера — Израиля. В 1972 году Израиль и Г. А. Уилсон обнаружили новый класс стационарных решений теории Эйнштейна — Максвелла, также обнаруженных Пержесом. Позже было обнаружено, что в большом классе теорий супергравитации все суперсимметричные решения чёрных дыр имеют форму Израиля — Уилсона — Пержеса, обобщённую для включения скалярных полей. Это было важно в последующих работах по подсчёту состояний чёрных дыр в суперсимметричных теориях. Пожалуй, самая глубокая работа Израиля, опубликованная в 1976 году, касалась чёрной дыры в равновесии с излучением Хокинга, которое она испускает. Квантовая система в тепловом равновесии при ненулевой температуре наиболее непосредственно описывается смешанным состоянием — тепловой матрицей плотности. Однако можно «очистить» такую тепловую матрицу плотности до чистого состояния удвоенной системы — двух копий исходной системы. Чистое состояние удвоенной системы, описывающее тепловое равновесие исходной системы, в настоящее время обычно называется двойным термополевым состоянием. (Терминология Израиля была несколько иной.) В свете фундаментального открытия Стивеном Хокингом квантового излучения от чёрных дыр, чёрная дыра на квантовом уровне является примером тепловой системы, и возникает вопрос о том, как описать чёрную дыру в тепловом равновесии с излучением. Израиль показал, что состояние теплового равновесия сферически симметричной (шварцшильдовской) чёрной дыры имеет естественную геометрическую интерпретацию с точки зрения максимального аналитического расширения решения Шварцшильда. Это расширение «двустороннее» — оно описывает пару асимптотически плоских вселенных, каждая из которых содержит чёрную дыру, причём две чёрные дыры соединены «кротовой норой». Израиль интерпретировал две стороны кротовой норы как две копии в двойном термополевом состоянии. Это было параллельно хорошо известной работе Хартла и Хокинга, и состояние чёрной дыры в равновесии с излучением иногда называют состоянием Хартла — Хокинга — Израиля. Стандартные формулировки диссипативной термодинамики несовместимы с теорией относительности, поскольку они предсказывают мгновенное распространение тепловых и вязких эффектов. В 1970-х годах Израиль переформулировал диссипативную термодинамику, чтобы она соответствовала теории относительности. Как и в случае работы Израиля над тонкими оболочками, интерес к этой работе со временем возрос, и статьи Израиля в этой области широко цитируются с 2000 года. В 1989 году, совместно с Эриком Пуассоном, Израиль стал пионером в изучении внутренних частей чёрной дыры и, следуя предложению Роджера Пенроуза, обнаружил феномен «массовой инфляции», который может возникать вблизи внутреннего (или кошиевского) горизонта чёрной дыры. Эта работа имеет отношение к вопросу о «сильной космической цензуре» в общей теории относительности и повлияла на исследования сильной космической цензуры в последующие десятилетия. Вместе со Стивеном Хокингом Вернер Израиль был соредактором двух томов по гравитационной физике.
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.