Вернер Исраэль , OC FRSC FRS OC FRSC FRS (4 октября 1931 г. - 18 мая 2022 г.) был выдающимся физиком-теоретиком, наиболее известным своим вкладом в теорию гравитации, и особенно в понимание черных дыр.
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 и вырос. С юных лет он интересовался астрономией и космологией. Четыре года, когда его родители тяжело заболели, Израиль с братом жили в приюте. Израиль получил степень бакалавра наук. и магистр наук. из Кейптаунского университета и его докторская степень. из Тринити-колледжа в Дублине под руководством Джона Синджа. В 1958 году Израэль принял должность преподавателя в Университете Альберты в Эдмонтоне, где он оставался профессором до выхода на пенсию в 1996 году. После выхода на пенсию Израэль был адъюнкт-профессором физики и астрономии в Университете Виктории в Виктории, Британская Колумбия. Он продолжал активно заниматься исследованиями еще два десятилетия. В Дублине Вернер Исраэль познакомился с Инге Маргулис и женился на ней. У них родились сын Марк и дочь Пиа.
Вернер Исраэль прежде всего известен своими работами по общей теории относительности, особенно по теории черных дыр.
В 1966 году, на относительно раннем этапе своей карьеры, Израэль проанализировал динамику тонких оболочек материи в общей теории относительности, предоставив геометрическое описание в терминах второй фундаментальной формы гиперповерхности, на которой поддерживается материя [1]. Отчасти потому, что с использованием таких тонких оболочек можно построить множество интересных примеров, эта статья стала самой цитируемой статьей в Израиле (тысячи цитирований). Интерес к этой статье со временем возрос; его чаще всего цитировали с 2000 года. Израиль вернулся к теме тонких оболочек в общей теории относительности много лет спустя [2].
Первый важный вклад Израиля в теорию черных дыр был сделан в 1967 году, когда он показал, что решение Шварцшильда, описывающее сферически симметричную черную дыру, является уникальным статическим решением уравнений Эйнштейна для черной дыры (без материальных полей) [3]. Израиль распространил этот результат на теорию Эйнштейна-Максвелла, показав, что в этом случае единственным статическим решением черной дыры является решение Рейсснера-Нордстрема [4]. Вскоре Картер показал, что аналогичные утверждения справедливы и для стационарных (не обязательно статических) решений в виде черных дыр [5]. Эти результаты были обобщены выражением «у черной дыры нет волос». Гипотеза о том, что гравитационный коллапс в реальном мире всегда приводит к образованию черной дыры Керра-Ньюмана (что требует предположения о космической цензуре в дополнение к теоремам Израиля и Картера о стационарных решениях) иногда называют гипотезой Картера-Израиля.
В 1972 г. Израэль и Г.А. Уилсон открыли новый класс стационарных решений теории Эйнштейна-Максвелла [6], также открытый Пержесом [7]. Позже было обнаружено, что в большом классе теорий супергравитации все решения суперсимметричных черных дыр имеют форму Исраэля-Вильсона-Пержеса [8], обобщенную для включения скалярных полей. Это сыграло важную роль в последующих работах по подсчету состояний черных дыр в суперсимметричных теориях.
Пожалуй, самая глубокая работа Израиля, опубликованная в 1976 году, касалась черной дыры, находящейся в равновесии с излучаемым ею излучением Хокинга. Квантовая система, находящаяся в тепловом равновесии при ненулевой температуре, наиболее непосредственно описывается смешанным состоянием — тепловой матрицей плотности. Однако можно "очистить" такую тепловую матрицу плотности как чистое состояние удвоенной системы - двух копий исходной системы. Чистое состояние удвоенной системы, описывающее тепловое равновесие исходной системы, в настоящее время обычно называют двойным состоянием термополя. (Израильская терминология немного отличалась.) Учитывая фундаментальное открытие Стивеном Хокингом квантового излучения черных дыр, черная дыра на квантовом уровне является примером тепловой системы, и можно задаться вопросом, как описать черную дыру, находящуюся в тепловом равновесии, с помощью радиация. Израиль показал, что состояние теплового равновесия сферически-симметричной (шварцшильдовской) черной дыры имеет естественную геометрическую интерпретацию в терминах максимального аналитического расширения решения Шварцшильда. Это расширение является «двусторонним» — оно описывает пару асимптотически плоских вселенных, каждая из которых содержит черную дыру, причем две черные дыры соединены «червоточиной». Израиль интерпретировал две стороны червоточины как две копии в двойном термополевом состоянии [9]. Это происходило параллельно с хорошо известной работой Хартла и Хокинга [10], а состояние черной дыры, находящейся 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 с работой Израиля по тонким оболочкам, интерес к этой работе со временем возрос, и израильские статьи в этой области [11,12] стали очень активно цитироваться с 2000 года.
В 1989 году вместе с Эриком Пуассоном Израиль стал пионером в изучении недр черной дыры и, следуя предложению Роджера Пенроуза, открыл феномен «массовой инфляции», который может происходить вблизи внутреннего горизонта (или горизонта Коши) черной дыры. [13,14]. 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 Исраэль был соредактором двух томов по гравитационной физике [15,16].
[1] В. Израэль, «Особые гиперповерхности и тонкие оболочки в общей теории относительности», Nuovo Cim. Б44 (1966) 1-14.
[2] К. Баррабес и В. Израэль, «Тонкие оболочки в общей теории относительности и космологии: светоподобный предел», Phys. Ред. D43 (1991) 1129-1142.
[3] В. Израэль, «Горизонты событий в статическом вакуумном пространстве-времени», Phys. Ред. 164 (1967) 1776–1779 гг.
[4] В. Исраэль, «Горизонты событий в статическом электровакуумном пространстве-времени», Commun. Математика. Физ. 8 (1968) 245-60.
[5] Б. Картер, «Осесимметричная черная дыра имеет только две степени свободы», Phys. Преподобный Летт. 26 (1971) 331–333.
[6] В. Израэль и Г. А. Уилсон, «Класс стационарных электромагнитных вакуумных полей», J. Math. Физ. 13 (1972) 865-871.
[7] З. Пержес, "Решения связанных уравнений Эйнштейна, касающихся полей вращающихся источников", Phys. Преподобный Летт. 27 (1971) 1668.
[8] К.П. Тод, ``Все метрики, допускающие суперковариантно постоянные спиноры'', Phys. Летт. Б121 (1983) 241-4.
[9] В. Израэль, «Термополевая динамика черных дыр», Phys. Летт. А57 (1976) 107-110.
[10] Дж. Хартл и С.В. Хокинг, «Вычисление излучения черной дыры с помощью интеграла по траекториям», Phys Rev. D13 (1976) 2188-2203.
[11] В. Израэль, «Нестационарная необратимая термодинамика: причинная релятивистская теория», Ann. Физ. 100 (1976) 310-331.
[12] В. Израэль и Дж. М. Стюарт, «Переходная релятивистская термодинамика и кинетическая теория», Ann. Физ. 118 (1979) 341-72.
[13] Э. Пуассон и В. Израэль, «Нестабильность внутреннего горизонта и инфляция массы в черных дырах», Phys. Преподобный Летт. 63 (1989) 1663-1666.
[14] Э. Пуассон, В. Израэль, «Внутренняя структура черных дыр», Phys. Преподобный D41 (1990) 1796–1809 гг.
[15] С.В. Хокинг и В. Израэль, Общая теория относительности: обзор столетия Эйнштейна (Cambridge University Press, 1979).
[16] С.В. Хокинг и В. Израэль, «Триста лет гравитации» (Cambridge University Press, 1987) .