雅各布·贝肯斯坦

雅各布·贝肯斯坦

雅各布·大卫·贝肯斯坦(希伯来语:יעקב דוד בקנשטיין;1947年5月1日-2015年8月16日)是一位墨西哥出生的美国籍以色列理论物理学家,他对黑洞热力学的基础以及信息与引力之间联系的其他方面做出了根本性的贡献。

早年生活与教育

雅各布·贝肯斯坦出生于墨西哥城,父母是约瑟夫和埃丝特(娘家姓弗拉达斯拉沃茨基),他们是移民到墨西哥的波兰犹太人。他早年移居美国,于1968年获得美国公民身份。他也是以色列公民。

贝肯斯坦就读于布鲁克林理工学院(现为纽约大学坦登工程学院),于1969年获得学士和硕士学位。随后,他在约翰·阿奇博尔德·惠勒的指导下,于1972年获得了普林斯顿大学的博士学位。

贝肯斯坦与妻子比尔哈育有三个孩子。这三个孩子——耶胡纳达夫、乌里亚和里夫卡·贝肯斯坦——都成为了科学家。贝肯斯坦以虔诚的宗教信仰而闻名,他曾被引用说:“我将世界视为上帝的产物,他设定了非常具体的规律,我们乐于通过科学工作去发现它们。”

科学事业

到1972年,贝肯斯坦已经发表了三篇关于黑洞恒星现象的有影响力的论文,提出了“无毛定理”,并提出了黑洞热力学理论。在随后的几年里,贝肯斯坦继续探索黑洞,发表了关于其熵和量子质量的论文。

贝肯斯坦于1972年至1974年在德克萨斯大学奥斯汀分校担任博士后研究员。随后他移民到以色列,在贝尔谢巴的内盖夫本-古里安大学讲学和任教。1978年,他成为正教授,并于1983年担任天体物理系主任。

1990年,他成为耶路撒冷希伯来大学的教授,三年后被任命为理论物理系主任。他于1997年当选为以色列科学与人文学院院士。他曾于2009年和2010年在高等研究院担任访问学者。

除了在世界各地讲学和担任驻校学者外,贝肯斯坦一直担任希伯来大学的理论物理学波拉克教授,直到他在芬兰赫尔辛基去世,享年68岁。他于2015年8月16日意外去世,就在他获得美国物理学会爱因斯坦奖的几个月后,获奖理由是“他在黑洞熵方面的开创性工作,开启了黑洞热力学领域,并改变了统一量子力学和引力的长期努力”。他在访问赫尔辛基时去世。

对物理学的贡献

1972年,贝肯斯坦首次提出黑洞应该具有明确定义的熵。他写道,黑洞的熵与其事件视界的面积成正比。贝肯斯坦还为包含黑洞的系统制定了广义热力学第二定律,即黑洞热力学。当斯蒂芬·霍金(以及泽尔多维奇等人独立地)在两年后提出霍金辐射的存在时,这两项贡献都得到了证实。霍金最初反对贝肯斯坦的观点,理由是黑洞不能辐射能量,因此不能有熵。然而,在1974年,霍金进行了长时间的计算,使他确信粒子确实可以从黑洞中发射出来。今天这被称为霍金辐射。贝肯斯坦的博士导师约翰·阿奇博尔德·惠勒也与他合作,在20世纪70年代初发展了“无毛定理”,这是对惠勒所说的“黑洞没有毛”的引用。贝肯斯坦的建议被证明是不稳定的,但它对该领域的发展产生了影响。

基于他在黑洞热力学方面的工作,贝肯斯坦还证明了贝肯斯坦界限:在具有有限能量的给定有限空间区域内,潜在存储的信息量存在最大值(这类似于全息原理)。

1982年,贝肯斯坦开发了一个严谨的框架,将电磁学定律推广到处理不恒定的物理常数。他的框架用标量场取代了精细结构常数。然而,这个用于改变常数的框架并没有纳入引力。

2004年,贝肯斯坦通过开发相对论版本,推动了莫德海·米尔格罗姆的修正牛顿动力学(MOND)理论。它被称为TeVeS(张量/矢量/标量),它在时空中引入了三个不同的场来取代单一的引力场。

奖项与认可

- 1977年恩斯特·大卫·伯格曼科学奖(以色列)

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- 1981年朗道物理学研究奖(以色列)

- 1981年引力研究基金会论文一等奖(美国)

- 1988年罗斯柴尔德物理科学奖

- 1997年当选以色列科学与人文学院院士

- 2001年引力研究基金会论文二等奖

- 2003年当选世界犹太科学学院院士

- 2011年魏茨曼精密科学奖(以色列特拉维夫)

- 2015年美国物理学会爱因斯坦奖

出版作品

- J. D. Bekenstein, Information in the Holographic Universe. Scientific American, 第289卷, 第2期, 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]

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