Вернер Израэль , OC FRSC FRS (4 октября 1931 г. — 18 мая 2022 г.) — физик-теоретик, известный своим вкладом в теорию гравитации, 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. Он интересовался астрономией и космологией с юных лет. В течение четырех лет, когда его родители были серьезно больны, Израиль и его брат жили в приюте. Израиль получил степень бакалавра и магистра наук в Университете Кейптауна, а также степень доктора философии в Тринити-колледже в Дублине под руководством Джона Синджа. В 1958 году Израиль принял должность преподавателя в Университете Альберты в Эдмонтоне, где он оставался профессором до своей отставки в 1996 году. После выхода на пенсию Израиль был адъюнкт-профессором физики и астрономии в Университете Виктории в Виктории, Британская Колумбия. Он продолжал активно заниматься исследованиями еще два десятилетия. В годы жизни в Дублине Вернер Израиль познакомился и женился на Инге Маргулис. У них были сын Марк и дочь Пиа.
Вернер Израэль известен прежде всего своими работами по общей теории относительности, особенно по теории черных дыр.
В 1966 году, относительно рано в своей карьере, 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 много интересных примеров, эта статья стала самой цитируемой статьей Израэля (тысячи ссылок). Интерес к этой статье со временем возрос; она цитировалась наиболее часто с 2000 года. Израэль 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 единственным статическим решением черной дыры уравнений Эйнштейна (без полей материи). [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 для решений черной дыры, которые являются стационарными (не обязательно статическими). [5] Эти результаты были обобщены выражением «у черной дыры нет волос». Гипотеза о том, что гравитационный коллапс в реальном мире всегда приводит к черной дыре Керра-Ньюмена (что требует предположения о космической цензуре в дополнение к теоремам Израиля и Картера о стационарных решениях), иногда называется гипотезой Картера-Израэля.
В 1972 году Израиль и GA Wilson открыли новый класс стационарных решений теории Эйнштейна-Максвелла, [6] также открытый Пержесом. [7] Позднее было обнаружено, что в большом классе теорий супергравитации все суперсимметричные решения черных дыр имеют форму Израиля-Уилсона-Пержеса, [8] обобщенную для включения скалярных полей. Это было важно в последующей работе по подсчету состояний черных дыр в суперсимметричных теориях.
Возможно, самая глубокая работа Израиля, опубликованная в 1976 году, касалась черной 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 как чистое состояние удвоенной системы — двух копий исходной системы. Чистое состояние удвоенной системы, описывающее тепловое равновесие исходной системы, в настоящее время обычно называется термополевым двойным состоянием. (Терминология Израиля была немного иной.) Ввиду фундаментального открытия Стивена Хокинга квантового излучения черных дыр черная дыра на квантовом уровне является примером тепловой системы, и можно задаться вопросом, как описать черную дыру в тепловом равновесии с излучением. Израиль показал, что тепловое равновесное состояние 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». Израэль интерпретировал две стороны червоточины как две копии в двойном состоянии термополя. [9] Это было параллельно с хорошо известной работой Хартла и Хокинга [10] , а состояние черной дыры в равновесии с излучением иногда называют состоянием Хартла-Хокинга-Израэля.
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 так, чтобы она соответствовала теории относительности. Как и в случае с работой Израиля по тонким оболочкам, интерес к этой работе со временем возрос, и статьи Израиля в этой области [11] [12] очень часто цитируются с 2000 года.
В 1989 году Израэль совместно с Эриком Пуассоном стал пионером в изучении внутренностей черных дыр и, следуя предложению Роджера Пенроуза, открыл явление «массовой инфляции», которое может происходить вблизи внутреннего (или горизонта Коши) горизонта черной дыры. [13] [14] Эта работа имеет отношение к вопросу «сильной космической цензуры» в общей теории относительности и повлияла на исследования сильной космической цензуры в последующие десятилетия.
Вместе со Стивеном Хокингом Вернер Израэль был соредактором двух томов по гравитационной физике. [15] [16]