Jacob Bekenstein

Jacob Bekenstein

Jacob David Bekenstein (hebräisch: יעקב דוד בקנשטיין; 1. Mai 1947 – 16. August 2015) war ein in Mexiko geborener amerikanisch-israelischer theoretischer Physiker, der grundlegende Beiträge zur Begründung der Thermodynamik schwarzer Löcher und zu anderen Aspekten der Verbindungen zwischen Information und Gravitation leistete.

Frühes Leben und Ausbildung

Jacob Bekenstein wurde in Mexiko-Stadt als Sohn von Joseph und Esther (geborene Vladaslavotsky), polnischen Juden, die nach Mexiko eingewandert waren, geboren. Er zog in jungen Jahren in die Vereinigten Staaten und erhielt 1968 die US-Staatsbürgerschaft. Er war zudem israelischer Staatsbürger.

Bekenstein besuchte das Polytechnic Institute of Brooklyn, heute bekannt als New York University Tandon School of Engineering, wo er 1969 sowohl einen Bachelor- als auch einen Master-Abschluss in Naturwissenschaften erwarb. 1972 promovierte er an der Princeton University unter der Leitung von John Archibald Wheeler.

Bekenstein hatte drei Kinder mit seiner Frau Bilha. Alle drei Kinder, Yehonadav, Uriya und Rivka Bekenstein, wurden Wissenschaftler. Bekenstein war als religiöser Mann und Gläubiger bekannt und wurde mit den Worten zitiert: „Ich betrachte die Welt als ein Produkt Gottes; Er hat sehr spezifische Gesetze festgelegt und wir erfreuen uns daran, sie durch wissenschaftliche Arbeit zu entdecken.“

Wissenschaftliche Karriere

Bis 1972 hatte Bekenstein drei einflussreiche Arbeiten über das stellare Phänomen der schwarzen Löcher veröffentlicht, in denen er das No-Hair-Theorem postulierte und eine Theorie zur Thermodynamik schwarzer Löcher präsentierte. In den folgenden Jahren setzte Bekenstein seine Erforschung schwarzer Löcher fort und veröffentlichte Arbeiten über deren Entropie und Quantenmasse.

Bekenstein war von 1972 bis 1974 Postdoktorand an der University of Texas at Austin. Anschließend wanderte er nach Israel aus, um an der Ben-Gurion-Universität des Negev in Be’er Scheva zu lehren. 1978 wurde er ordentlicher Professor und 1983 Leiter des Astrophysik-Instituts.

1990 wurde er Professor an der Hebräischen Universität Jerusalem und drei Jahre später zum Leiter des Instituts für theoretische Physik ernannt. 1997 wurde er in die Israelische Akademie der Wissenschaften gewählt. 2009 und 2010 war er Gastwissenschaftler am Institute for Advanced Study.

Neben Vorlesungen und Gastaufenthalten auf der ganzen Welt war Bekenstein bis zu seinem Tod im Alter von 68 Jahren in Helsinki, Finnland, als Polak-Professor für theoretische Physik an der Hebräischen Universität tätig. Er starb unerwartet am 16. August 2015, nur Monate nachdem er den Einstein-Preis der American Physical Society „für seine bahnbrechende Arbeit über die Entropie schwarzer Löcher, die das Gebiet der Thermodynamik schwarzer Löcher begründete und das langjährige Bestreben zur Vereinigung von Quantenmechanik und Gravitation transformierte“ erhalten hatte. Er starb während eines Besuchs in Helsinki.

Beiträge zur Physik

1972 war Bekenstein der Erste, der vorschlug, dass schwarze Löcher eine wohldefinierte Entropie haben sollten. Er schrieb, dass die Entropie eines schwarzen Lochs proportional zur Fläche seines Ereignishorizonts sei. Bekenstein formulierte auch den verallgemeinerten zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die Thermodynamik schwarzer Löcher, für Systeme, die schwarze Löcher beinhalten. Beide Beiträge wurden bestätigt, als Stephen Hawking (und unabhängig davon Zeldovich und andere) zwei Jahre später die Existenz der Hawking-Strahlung vorschlugen. Hawking hatte sich anfangs gegen Bekensteins Idee gewehrt, mit der Begründung, dass ein schwarzes Loch keine Energie abstrahlen könne und daher keine Entropie haben dürfe. 1974 führte Hawking jedoch eine langwierige Berechnung durch, die ihn davon überzeugte, dass Teilchen tatsächlich von schwarzen Löchern emittiert werden können. Heute ist dies als Hawking-Strahlung bekannt. Bekensteins Doktorvater, John Archibald Wheeler, arbeitete ebenfalls mit ihm an der Entwicklung des No-Hair-Theorems, einer Anspielung auf Wheelers Aussage, dass „schwarze Löcher keine Haare haben“, in den frühen 1970er Jahren. Bekensteins Vorschlag erwies sich als instabil, war aber einflussreich bei der Entwicklung des Fachgebiets.

Basierend auf seiner Arbeit zur Thermodynamik schwarzer Löcher demonstrierte Bekenstein auch die Bekenstein-Grenze: Es gibt ein Maximum für die Informationsmenge, die potenziell in einer gegebenen endlichen Raumregion gespeichert werden kann, die eine endliche Energiemenge besitzt (was dem holografischen Prinzip ähnelt).

1982 entwickelte Bekenstein einen strengen Rahmen zur Verallgemeinerung der Gesetze des Elektromagnetismus, um mit inkonstanten physikalischen Konstanten umzugehen. Sein Rahmen ersetzt die Feinstrukturkonstante durch ein skalares Feld. Dieser Rahmen für sich ändernde Konstanten integrierte jedoch nicht die Gravitation.

2004 stärkte Bekenstein die Theorie der modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND) von Mordehai Milgrom durch die Entwicklung einer relativistischen Version. Sie ist bekannt als TeVeS für Tensor/Vektor/Skalar und führt drei verschiedene Felder in der Raumzeit ein, um das eine Gravitationsfeld zu ersetzen.

Auszeichnungen und Anerkennungen

- Ernst-David-Bergmann-Preis für Wissenschaft (Israel) 1977

- Landau-Preis für Forschung in Physik (Israel) 1981

- Erster Essay-Preis der Gravity Research Foundation (Vereinigte Staaten) 1981

- Rothschild-Preis in den physikalischen Wissenschaften 1988

- Wahl in die Israelische Akademie der Wissenschaften 1997

- Zweiter Essay-Preis der Gravity Research Foundation 2001

- Wahl in die World Jewish Academy of Sciences 2003

- Weizmann-Preis in den exakten Wissenschaften (Tel Aviv, Israel) 2011

- Einstein-Preis der American Physical Society 2015

Veröffentlichte Werke

- J. D. Bekenstein, Information in the Holographic Universe. Scientific American, Band 289, Nummer 2, August 2003, S. 61.

- J. D. Bekenstein und M. Schiffer, Quantum Limitations on the Storage and Transmission of Information, Int. J. of Modern Physics 1:355–422 (1990).

- J. D. Bekenstein, Entropy content and information flow in systems with limited energy, Phys. Rev. D 30:1669–1679 (1984) . [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Communication and energy, Phys. Rev A 37(9):3437–3449 (1988) . [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Entropy bounds and the second law for black holes, Phys. Rev. D 27(10):2262–2270 (1983). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Specific entropy and the sign of the energy, Phys. Rev. D 26(4):950–953 (1982). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Black holes and everyday physics, General Relativity and Gravitation, 14(4):355–359 (1982). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Universal upper bound to entropy-to-energy ratio for bounded systems, Phys. Rev. D 23:287–298 (1981). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Energy cost of information transfer, Phys. Rev. Lett 46:623–626. (1981). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Black-hole thermodynamics, Physics Today, 24–31 (Jan. 1980).

- J. D. Bekenstein, Statistical black hole thermodynamics, Phys. Rev. D 12:3077–3085 (1975). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Generalized second law of thermodynamics in black hole physics, Phys. Rev. D 9:3292–3300 (1974) . [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Black holes and entropy, Phys. Rev. D 7:2333–2346 (1973). [citeseer]

- J. D. Bekenstein, Black holes and the second law, Nuovo Cimento Letters 4:737–740 (1972).

- J. D. Bekenstein, Nonexistence of baryon number of static black holes, Phys. Rev. D 5:2403–2412 (1972). [citeseer]