Werner Israel , OC FRSC FRS (4 de octubre de 1931 - 18 de mayo de 2022) fue un físico teórico conocido por sus contribuciones a la teoría gravitacional y, especialmente, a la comprensión de los agujeros negros.
Israel nació en Berlín, Alemania, en 1931. Su familia huyó de la Alemania nazi en 1936 y se estableció en Ciudad del Cabo, Sudáfrica, donde se crió. Desde muy joven se interesó por la astronomía y la cosmología. Durante cuatro años, cuando sus padres enfermaron gravemente, Israel y su hermano vivieron en un orfanato. Israel recibió su licenciatura y maestría en la Universidad de Ciudad del Cabo, y su doctorado en el Trinity College de Dublín, bajo la dirección de John Synge. En 1958, Israel aceptó un puesto en la facultad de la Universidad de Alberta en Edmonton, donde permaneció como profesor hasta su jubilación en 1996. Tras su jubilación, Israel fue profesor adjunto de Física y Astronomía en la Universidad de Victoria en Victoria, Columbia Británica. Se mantuvo activo en la investigación durante otras dos décadas. Durante los años de Dublín, Werner Israel conoció y se casó con Inge Margulies. Tuvieron un hijo, Mark, y una hija, Pia.
Werner Israel es conocido principalmente por su trabajo sobre la relatividad general, especialmente en la teoría de los agujeros negros.
En 1966, relativamente al principio de su carrera, Israel analizó la dinámica de capas delgadas de materia en relatividad general, proporcionando una descripción geométrica en términos de la segunda forma fundamental de la hipersuperficie sobre la que se apoya la materia. [1] En parte porque se pueden construir muchos ejemplos interesantes utilizando capas tan delgadas, este se ha convertido en el artículo más citado de Israel (miles de citas). El interés en este artículo ha aumentado con el tiempo; ha sido citado con mayor frecuencia desde el año 2000. Israel volvió al tema de las capas delgadas en relatividad general muchos años después. [2]
La primera contribución importante de Israel a la teoría de los agujeros negros llegó en 1967, cuando demostró que la solución de Schwarzschild, que describe un agujero negro esféricamente simétrico, es la única solución estática de agujero negro de las ecuaciones de Einstein (sin campos de materia). [3] Israel extendió este resultado a la teoría de Einstein-Maxwell, mostrando que en ese caso, la única solución estática de agujero negro es la solución de Reissner-Nordstrom. [4] Carter pronto demostró que afirmaciones similares son válidas para soluciones de agujeros negros que son estacionarias (no necesariamente estáticas). [5] Estos resultados se han resumido con la expresión "un agujero negro no tiene pelo". La hipótesis de que el colapso gravitacional en el mundo real siempre conduce a un agujero negro de Kerr-Newman (que requiere una suposición sobre la censura cósmica además de los teoremas de Israel y Carter sobre soluciones estacionarias) a veces se denomina conjetura de Carter-Israel.
En 1972, Israel y GA Wilson descubrieron una nueva clase de soluciones estacionarias de la teoría de Einstein-Maxwell, [6] también descubierta por Perjés. [7] Más tarde se descubrió que, en una gran clase de teorías de supergravedad, todas las soluciones de agujeros negros supersimétricos son de la forma de Israel-Wilson-Perjés, [8] generalizada para incluir campos escalares. Esto ha sido importante en trabajos posteriores sobre el recuento de estados de agujeros negros en teorías supersimétricas.
El trabajo más profundo de Israel, publicado en 1976, se centra en un agujero negro en equilibrio con la radiación de Hawking que emite. Un sistema cuántico en equilibrio térmico a una temperatura distinta de cero se describe más directamente mediante un estado mixto: una matriz de densidad térmica. Sin embargo, es posible "purificar" una matriz de densidad térmica de este tipo como un estado puro de un sistema duplicado: dos copias del sistema original. El estado puro de un sistema duplicado que describe el equilibrio térmico del sistema original se denomina actualmente estado doble de termocampo (la terminología de Israel era ligeramente diferente). En vista del descubrimiento fundamental de Stephen Hawking de la radiación cuántica de los agujeros negros, un agujero negro a nivel cuántico es un ejemplo de sistema térmico y uno puede preguntarse cómo describir un agujero negro en equilibrio térmico con la radiación. Israel demostró que el estado de equilibrio térmico de un agujero negro esféricamente simétrico (Schwarzschild) tiene una interpretación geométrica natural en términos de la extensión analítica máxima de la solución de Schwarzschild. Esta extensión es “de dos caras” – describe un par de universos asintóticamente planos, cada uno conteniendo un agujero negro, con los dos agujeros negros estando conectados por un “agujero de gusano”. Israel interpretó las dos caras del agujero de gusano como las dos copias en el estado doble del termocampo. [9] Esto fue en paralelo con el trabajo bien conocido de Hartle y Hawking [10] y el estado de un agujero negro en equilibrio con la radiación es a veces llamado el estado Hartle-Hawking-Israel.
Las formulaciones estándar de la termodinámica disipativa son incompatibles con la teoría de la relatividad, ya que predicen la propagación instantánea de los efectos térmicos y viscosos. En la década de 1970, Israel reformuló la termodinámica disipativa para que fuera coherente con la relatividad. Como en el caso del trabajo de Israel sobre las capas delgadas, el interés en este trabajo ha aumentado con el tiempo y los artículos de Israel en esta área [11] [12] han sido citados en gran medida desde el año 2000.
En 1989, junto con Eric Poisson, Israel fue pionero en el estudio del interior de los agujeros negros y, siguiendo una sugerencia de Roger Penrose, descubrió el fenómeno de la “inflación de masa” que puede ocurrir cerca del horizonte interior (o de Cauchy) de un agujero negro. [13] [14] Este trabajo tiene relación con la cuestión de la “fuerte censura cósmica” en la relatividad general e influyó en la investigación sobre la fuerte censura cósmica en las décadas siguientes.
Junto con Stephen Hawking, Werner Israel coeditó dos volúmenes sobre física gravitacional. [15] [16]