ヤコブ・ベッケンシュタイン

ヤコブ・ベッケンシュタイン

ヤコブ・ダヴィド・ベッケンシュタイン（ヘブライ語: יעקב דוד בקנשטיין; 1947年5月1日 – 2015年8月16日）は、メキシコ生まれの米国・イスラエル人の理論物理学者であり、ブラックホールの熱力学の基礎および情報と重力の関連性に関する他の側面に対して根本的な貢献をした。

生い立ちと教育

ヤコブ・ベッケンシュタインはメキシコシティで、メキシコに移住したポーランド系ユダヤ人のジョセフとエスター（旧姓ヴラダスラヴォツキー）の間に生まれた。幼少期に米国に移住し、1968年に米国市民権を取得した。彼はイスラエル市民でもあった。

ベッケンシュタインはブルックリン工科大学（現在のニューヨーク大学タンドン工科大学）に通い、1969年に学士号と修士号を取得した。その後、1972年にプリンストン大学でジョン・アーチボルド・ウィーラーの指導の下、博士号を取得した。

ベッケンシュタインは妻ビルハとの間に3人の子供をもうけた。3人の子供、イェホナダヴ、ウリヤ、リヴカ・ベッケンシュタインは全員科学者となった。ベッケンシュタインは宗教的で信仰心のある人物として知られ、「私は世界を神の産物として見ています。神は非常に具体的な法則を定め、私たちは科学的な仕事を通じてそれらを発見することに喜びを感じるのです」と語ったと引用されている。

科学的キャリア

1972年までに、ベッケンシュタインはブラックホールの恒星現象に関する3つの影響力のある論文を発表し、「ブラックホールに毛なし」定理を提唱し、ブラックホールの熱力学に関する理論を発表した。その後数年間、ベッケンシュタインはブラックホールの探求を続け、そのエントロピーと量子質量に関する論文を発表した。

ベッケンシュタインは1972年から1974年までテキサス大学オースティン校で博士研究員を務めた。その後イスラエルに移住し、ベエルシェバのネゲヴ・ベン＝グリオン大学で講義と教育を行った。1978年に正教授となり、1983年には天体物理学科の学科長となった。

1990年にエルサレム・ヘブライ大学の教授となり、3年後には理論物理学科の学科長に任命された。1997年にイスラエル科学人文アカデミーの会員に選出された。2009年と2010年には高等研究所の客員研究員を務めた。

世界各地での講義や滞在に加え、ベッケンシュタインは68歳でフィンランドのヘルシンキで亡くなるまで、ヘブライ大学で理論物理学のポラック教授を務め続けた。彼は2015年8月16日に予期せず亡くなった。その数ヶ月前には、「ブラックホールのエントロピーに関する画期的な研究により、ブラックホールの熱力学の分野を立ち上げ、量子力学と重力を統一しようとする長年の努力を変革した」として、アメリカ物理学会のアインシュタイン賞を受賞したばかりであった。彼はヘルシンキへの訪問中に亡くなった。

物理学への貢献

1972年、ベッケンシュタインはブラックホールが明確に定義されたエントロピーを持つべきであると最初に示唆した。彼は、ブラックホールのエントロピーは、その（ブラックホールの）事象の地平線の面積に比例すると書いた。ベッケンシュタインはまた、ブラックホールを含むシステムに対する熱力学の一般化された第二法則、すなわちブラックホールの熱力学を定式化した。スティーヴン・ホーキング（および独立してゼルドヴィッチら）が2年後にホーキング放射の存在を提唱した際、これらの貢献は両方とも裏付けられた。ホーキングは当初、ブラックホールはエネルギーを放射できず、したがってエントロピーを持つことはできないという理由で、ベッケンシュタインの考えに反対していた。しかし1974年、ホーキングは長い計算を行い、粒子が実際にブラックホールから放出され得ることを確信した。今日、これはホーキング放射として知られている。ベッケンシュタインの博士課程の指導教官であるジョン・アーチボルド・ウィーラーも彼と協力し、1970年代初頭に「ブラックホールに毛なし」定理（ウィーラーの「ブラックホールには毛がない」という言葉への言及）を開発した。ベッケンシュタインの示唆は不安定であると証明されたが、この分野の発展に影響を与えた。

ブラックホールの熱力学に関する研究に基づき、ベッケンシュタインは「ベッケンシュタイン境界」も実証した。これは、有限のエネルギーを持つ特定の有限の空間領域に潜在的に格納できる情報の量には最大値が存在するというものである（ホログラフィック原理に類似している）。

1982年、ベッケンシュタインは、不変ではない物理定数を扱うために電磁気学の法則を一般化する厳密な枠組みを開発した。彼の枠組みは微細構造定数をスカラー場に置き換えるものである。しかし、この変化する定数のための枠組みには重力は組み込まれていなかった。

2004年、ベッケンシュタインはモルデハイ・ミルグロムの修正ニュートン力学（MOND）理論の相対論的バージョンを開発することで、同理論を強化した。これはテンソル/ベクトル/スカラーの頭文字をとってTeVeSとして知られており、1つの重力場を置き換えるために時空に3つの異なる場を導入するものである。

受賞と評価

- 1977年 エルンスト・ダヴィド・ベルグマン科学賞（イスラエル）

- 1981年 ランダウ物理学研究賞（イスラエル）

- 1981年 重力研究財団エッセイ賞第1位（米国）

- 1988年 ロスチャイルド物理科学賞

- 1997年 イスラエル科学人文アカデミー会員選出

- 2001年 重力研究財団エッセイ賞第2位

- 2003年 世界ユダヤ科学アカデミー会員選出

- 2011年 ワイツマン精密科学賞（テルアビブ、イスラエル）

- 2015年 アメリカ物理学会アインシュタイン賞

出版物

- J. D. Bekenstein, Information in the Holographic Universe. Scientific American, 第289巻, 第2号, 2003年8月, p. 61.

- J. D. Bekenstein and 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 (1980年1月).

- 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]