羅傑·彭羅斯

羅傑·彭羅斯

羅傑·彭羅斯(Roger Penrose),1931年(辛未年)出生于英國埃塞克斯州的一個醫生家庭。他的爸爸是著名的人類遺傳學家萊昂內爾·彭羅斯,羅傑·彭羅斯先進入倫敦大學的附屬中學,而後進入倫敦大學學院。

  • 中文名稱
    羅傑·彭羅斯
  • 外文名稱
    Roger Penrose
  • 國籍
    英國
  • 出生地
    英國埃塞克斯州
  • 畢業院校
    倫敦大學
  • 代表作品
    《皇帝新腦》

簡介

羅傑·彭羅斯(Roger Penrose),在1957年 被授予劍橋大學博士學位。

羅傑·彭羅斯羅傑·彭羅斯

與其父親一起合作,設計出非凡的幾何鋪砌。他的鋪砌設計被荷蘭藝術家埃舍爾(1898-1972)(因創立光學幻影而聞名)收入石版畫中。

1964年 在美國奧斯丁的德克薩斯大學工作時,羅傑·彭羅斯開始提出一種觀點,他在牛津大學工作時,繼續發展了這一觀點--即套用紐量理論(Twistor theory)來研究量子引力。他認為四維時空可以完美套用復幾何理論, 因此有其幾何獨特徵. 因此, 他認為弦論(String theory)引入額外維來研究物理是對這一獨特徵的忽視。

1965年,他的以著名論文《引力坍塌和時空奇點》為代表的一系列論文,和著名數學物理學家斯蒂芬.霍金的工作一起創立了現代宇宙論的數學結構理論。

1966年 任倫敦大學Birkbeck學院套用數學教授。

1972年 被選為倫敦皇家學會會員。

1973年 任牛津大學Rouse Ball數學教授。

1975年 與史蒂芬·霍金一起被授予倫敦皇家天文學會艾丁頓獎。

1985年 被授予倫敦皇家學會皇家獎。

1994年 被伊利莎白二世封為爵士。

1996年 繼續在牛津大學研究紐量理論。

1998年 出版《皇帝新腦》一書 ;

2003年 彭羅斯到普林斯頓大學演講,題目是:《宇宙的新物理學: 時尚(Fashion)、信仰(Faith)、幻想(Fantasy)》。其中時尚指弦論, 信仰指宇宙由量子力學構築, 幻想指共形輪回宇宙模型(The conformal cyclic cosmology).

在很多專家看來,彭羅斯更應該是一位數學家和數學物理學家。所以這樣說,是因為彭羅斯對物理的最大的貢獻都和數學相關。2004年出版了《通向實在之路》一書。

2010年 出版《宇宙的輪回》

彭羅斯出生于1931年8月8日,比出生于1942年的霍金大了11歲,這個年紀差正好是李白和杜甫之間的年紀差。李白和杜甫在一起喝過酒,但沒有合作過寫詩。彭羅斯和霍金卻合作研究過物理,包括著名的奇點定理的證明,我們在下面對這個定理稍加解釋。嚴格地說,我們應該稱彭羅斯為彭羅斯爵士,因為在 63歲的時候,他被授勛為爵士。

黑洞與奇點

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

這裏不是介紹他的科學工作的地方,因為他的大多數工作都很抽象,在引力和幾何領域都有很大的影響。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,在愛因斯坦看來,萬有引力最恰當的解釋不是傳統的力,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,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,所有的塌縮物質在這個點之後不再存在路徑。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,引力產生的拉扯力越大,最終歸于毀滅。從物理學的角度來看,在這個點上,所有的物理學定律不再適用。霍金後來與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中的一個難題。好在我們這些在黑洞外部的人不必擔心,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麽也看不到。1969年,彭羅斯提出了著名的宇宙監督原理,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明也許是與娛樂數學有關的彭羅斯貼磚。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。可以用于貼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,即使在彭羅斯發現以他的名字命名的隻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。

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