羅杰·彭羅斯（諾貝爾獎得主）

人物經(jīng)歷

1955年，當他還是學(xué)生之時，彭羅斯重新發(fā)明了廣義逆矩陣(又稱作摩爾—彭若斯廣義逆（Moore-Penrose inverse）。1958年，彭羅斯在劍橋大學(xué)于知名代數(shù)學(xué)家與幾何學(xué)家約翰·陶德（John A. Todd）指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位；其博士論文題目為《代數(shù)幾何學(xué)中的張量方法》(Tensor methods in algebraic geometry)。1965年，與史蒂芬·霍金共同證明了黑洞中所有物質(zhì)都將坍縮進奇點，奇點是空間中的一個幾何點，在這里物質(zhì)質(zhì)量被無限壓縮，密度接近于無窮大，體積接近于零。1967年，彭羅斯發(fā)明了扭量理論，將閔可夫斯基空間中的幾何物體映射到4維復(fù)數(shù)空間，此空間度規(guī)標志為(2,2)。1969年，彭羅斯推測出宇宙審查假設(shè)（cosmic censorship hypothesis）。這項提案（相當非正式地）指出了宇宙阻擋我們了解奇點（例如黑洞）內(nèi)稟的不可預(yù)測性，以其被遮掩在我們視線之外。這個形式現(xiàn)在稱作弱審查原理（weak censorship hypothesis）。他提出了著名的宇宙監(jiān)督原理，該原理保證任何時空奇點都會被視界包圍起來。1971年，他發(fā)明了自旋網(wǎng)絡(luò)，爾后在圈量子引力論中成為構(gòu)成時空幾何的基礎(chǔ)。他在推廣通稱為彭羅斯圖的因果圖頗具影響力1974年，彭羅斯發(fā)現(xiàn)彭羅斯鋪磚法，能以兩種磚片非周期性地鋪滿整個平面。1979年，彭羅斯建構(gòu)了更強的形式，稱作強審查原理（strong censorship hypothesis）。加上BKL猜想與非線性穩(wěn)定性問題，使得審查猜想成為廣義相對論中最重要的未決問題之一。1984年，類似“能以兩種磚片非周期性地鋪滿整個平面”的特征被發(fā)現(xiàn)在類晶體中的原子排列。2004年，彭羅斯發(fā)表了《通往現(xiàn)實之路：宇宙法則導(dǎo)引》（The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe），是一本1,099頁的書籍，目標在于對物理定律給予詳盡的指導(dǎo)。2006年，75歲的彭羅斯提出一個大膽的想法：幾乎無盡遙遠的宇宙未來，從數(shù)學(xué)視角看來，和宇宙大爆炸之時完全一樣——那么也許宇宙無盡遙遠的未來，可以等效為下一次大爆炸？宇宙就是這樣無限循環(huán)的？彭羅斯將稱其為「共形循環(huán)宇宙論」，簡稱CCC。而宇宙從大爆炸創(chuàng)生到下一次大爆炸之間的「生命周期」被稱為一個「永世」（aeon）。

主要成就

黑洞與奇點

彭羅斯對數(shù)學(xué)物理的貢獻集中在和愛因斯坦的引力理論相關(guān)的問題上，而這些問題都和幾何有關(guān)。

這里不是介紹他的科學(xué)工作的地方，因為他的大多數(shù)工作都很抽象，在引力和幾何領(lǐng)域都有很大的影響。他是那種張愛玲說的“出名要趁早的類型”，先于霍金，他研究了引力理論中奇點問題，那時他才34歲。我們知道，愛因斯坦的時空觀與萬有引力緊密相關(guān)，在愛因斯坦看來，萬有引力最恰當?shù)慕忉尣皇莻鹘y(tǒng)的力，而是時間和空間的彎曲。當時空彎曲了，所有的物體走最短程的路徑，這些短程路徑看上去就像是引力作用在物體上所引起的。時空彎曲的最有名的例子是黑洞，在黑洞的周圍存在一個曲面，在這個曲面之內(nèi)，光線的最短程線不能到達黑洞的外部，這個特點就是黑洞這個名字的來源。

彭羅斯證明了，在大質(zhì)量天體塌縮成黑洞的過程中，必然存在一個點，所有的塌縮物質(zhì)在這個點之后不再存在路徑。用幾何的語言來說，這是幾何上的奇點。而在普通的人看來，這是毀滅之點，因為越是靠近這個點，引力產(chǎn)生的拉扯力越大，最終歸于毀滅。從物理學(xué)的角度來看，在這個點上，所有的物理學(xué)定律不再適用?；艚鸷髞砼c彭羅斯一道將奇點的存在性證明推廣到更加一般的情況，包括早期宇宙。

奇點的存在一直是物理學(xué)中的一個難題。好在我們這些在黑洞外部的人不必擔(dān)心，因為我們看不到它們，它們總是被所謂的視界包圍起來。視界很像我們在大海上看到的一個圓，也就是地平線，在這個圓之外我們什么也看不到。1969年，彭羅斯提出了著名的宇宙監(jiān)督原理，該原理保證任何時空奇點都會被視界包圍起來。直到今天，這個猜測還是引力理論中的一個難題。

彭羅斯貼磚

彭羅斯最為有名的發(fā)明也許是與娛樂數(shù)學(xué)有關(guān)的彭羅斯貼磚。我們知道，瓷磚都是長方形或正方形的，因為我們可以用這些磚將整個地面鋪滿?？梢杂糜谫N磚的還有正三角和正六邊形，這些貼磚貼出的圖案有一個共同的地方，就是不但具有一定的對稱性（例如，用正三角貼出的圖案有60度轉(zhuǎn)動對稱性），還有周期性。有些形狀的磚是不能用來緊密地貼滿地面的，例如正五邊形。還可以用幾種不同形狀的貼磚貼滿整個地面，我們將這樣的一組幾何形狀稱之為貼磚。有些特別的貼磚不僅可以用來貼滿平面，貼出來的圖案有很多種，而且不可能具有周期性，這類貼磚叫做非周期貼磚。在彭羅斯之前，通常的一組非周期貼磚含有很多不同的形狀，即使在彭羅斯發(fā)現(xiàn)以他的名字命名的只有兩個形狀的貼磚的同一年（1974年），最好的非周期貼磚也含有六種不同的形狀。

學(xué)術(shù)觀點

彭羅斯寫了具爭議性的書籍，內(nèi)容關(guān)于基本物理學(xué)與人類意識間的關(guān)聯(lián)。在《皇帝新腦》(The Emperor's New Mind)(1989年)，他辯稱說已知的物理學(xué)定理并不構(gòu)成完整的體系；而人類意識是無法被解釋的，需要一個新的物理理論(他稱為正確量子引力理論(correct quantum gravity, CQG) )被發(fā)明出來才能達成。彭羅斯對于人類思考過程的觀點并未被科學(xué)社群廣泛接受。彭羅斯與司徒華·漢莫洛夫(Stuart Hameroff)建構(gòu)了一項理論，其中人類意識是微管(microtubule)中量子引力效應(yīng)的結(jié)果。但是Max Tegmark在《物理評論E》(Physical Review E)中撰文提出在微導(dǎo)管中神經(jīng)元激發(fā)與釋放訊號的時間尺度是以至少10,000,000,000倍的因子慢于量子脫散時間。

榮譽記錄

2020年10月6日，因發(fā)現(xiàn)了宇宙中最奇特的現(xiàn)象黑洞獲得2020年諾貝爾物理學(xué)獎。2008年，獲得科普利獎?wù)?、科睿唯安引文桂冠獎?006年，獲狄拉克獎（來自新南威爾士大學(xué)）。2005年，羅杰·彭羅斯爵士獲頒波蘭華沙大學(xué)與比利時荷語天主教魯汶大學(xué)兩所大學(xué)的榮譽博士學(xué)位(Honoris Causa)。2004年，獲得德摩根獎?wù)隆?000年，獲得功績勛章 （英國）。1988年，獲得沃爾夫物理學(xué)獎（他與史蒂芬·霍金共同獲獎）、狄拉克獎。1985年，被授予倫敦皇家學(xué)會皇家獎。1975年，獲得愛丁頓獎?wù)拢ㄋc史蒂芬·霍金共同獲獎）。1972年，獲選皇家學(xué)會會員。1971年，獲丹尼·海涅曼數(shù)學(xué)物理獎。曾獲得英國功勞勛章。

著作作品

羅杰·彭羅斯, Techniques of Differential Topology in Relativity, Society for Industrial & Applied Mathematics, 1972, ISBN 0898710057 (rare)羅杰·彭羅斯 and Wolfgang Rindler, Spinors and Space-Time: Volume 1, Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields, Cambridge University Press, 1987 (reprint), ISBN 0521337070 (paperback)羅杰·彭羅斯 and Wolfgang Rindler, Spinors and Space-Time: Volume 2, Spinor and Twistor Methods in Space-Time Geometry, Cambridge University Press, 1988 (reprint), ISBN 0521347866 (paperback)羅杰·彭羅斯, The Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics, Oxford University Press, 1989, ISBN 0-14-014534-6 (paperback)羅杰·彭羅斯, Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness, Oxford University Press, 1994, ISBN 0-19-853978-9 (hardback)史蒂芬·霍金 and 羅杰·彭羅斯, The Nature of Space and Time, Princeton University Press, 1996, ISBN 0691037914 (hardback), ISBN 0691050848 (paperback)羅杰·彭羅斯, The Large, the Small, and the Human Mind, (with Abner Shimony, Nancy Cartwright, and Stephen Hawking), Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 (hardback), ISBN 0-521-65538-2 (paperback), Canto edition: ISBN 0-521-78572-3羅杰·彭羅斯, The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe, Jonathan Cape, London, 2004, ISBN 0224044478 (hardcover), ISBN 0099440687 (paperback)

相關(guān)理論

彭羅斯不等式彭羅斯三角形彭羅斯階梯彭羅斯圖彭羅斯鋪磚法威爾曲率假設(shè)

學(xué)術(shù)任職

牛津大學(xué)“Rouse Ball 講席”榮休數(shù)學(xué)教授和牛津大學(xué)瓦德姆學(xué)院（Wadham College）榮休研究員。加州大學(xué)伯克利分校教授。

人物關(guān)系

羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）生于埃塞克斯（Essex）的科爾切斯特（Colchester），是瑪格麗特（Leathes）與精神病學(xué)家和遺傳學(xué)家萊昂內(nèi)爾·彭羅斯（Lionel Penrose）的兒子。