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罗杰彭罗斯

罗杰彭罗斯(Roger Penrose),1931年(辛未年)出生于英国埃塞克斯州的一个医生家庭。他的爸爸是著名的人类遗传学家莱昂内尔彭罗斯,罗杰彭罗斯先进入伦敦大学的附属中学,而后进入伦敦大学学院。

罗杰彭罗斯(Roger Penrose),在1957年 被授予剑桥大学博士学位。

与其父亲一起合作,设计出非凡的几何铺砌。他的铺砌设计被荷兰艺术家埃舍尔(1898-1972)(因创立光学幻影而闻名)收入石版画中。

1964年 在美国奥斯丁的德克萨斯大学工作时,罗杰彭罗斯开始提出一种观点,他在牛津大学工作时,继续发展了这一观点即应用纽量理论(Twistor theory)来研究量子引力。他认为四维时空可以完美应用复几何理论, 因此有其几何独特性. 因此, 他认为弦论(String theory)引入额外维来研究物理是对这一独特性的忽视。

1965年,他的以著名论文《引力坍塌和时空奇点》为代表的一系列论文,和著名数学物理学家斯蒂芬.霍金一起创立了现代宇宙论的数学结构理论。

1966年 任伦敦大学Birkbeck学院应用数学教授。

1972年 被选为伦敦皇家学会会员。

1973年 任牛津大学Rouse Ball数学教授。

1975年 与史蒂芬霍金一起被授予伦敦皇家天文学会艾丁顿奖。

1985年 被授予伦敦皇家学会皇家奖。

1994年 被伊利莎白二世封为爵士。

1996年 继续在牛津大学研究纽量理论。

1998年 出版《皇帝新脑》一书 ;

2003年 彭罗斯到普林斯顿大学演讲,题目是:《宇宙的新物理学: 时尚(Fashion)、信仰(Faith)、幻想(Fantasy)》。其中时尚指弦论, 信仰指宇宙由量子力学构筑, 幻想指共形轮回宇宙模型(The conformal cyclic cosmology).

在很多专家看来,彭罗斯更应该是一位数学家和数学物理学家。所以这样说,是因为彭罗斯对物理的最大的贡献都和数学相关。2004年出版了《通向实在之路》一书。

2010年 出版《宇宙的轮回》

彭罗斯出生于1931年8月8日,比出生于1942年的霍金大了11岁,这个年纪差正好是李白和杜甫之间的年纪差。李白和杜甫在一起喝过酒,但没有合作过写诗。彭罗斯和霍金却合作研究过物理,包括著名的奇点定理的证明,我们在下面对这个定理稍加解释。严格地说,我们应该称彭罗斯为彭罗斯爵士,因为在 63岁的时候,他被授勋为爵士。

彭罗斯对数学物理的贡献集中在和爱因斯坦的引力理论相关的问题上,而这些问题都和几何有关。

这里不是介绍他的科学工作的地方,因为他的大多数工作都很抽象,在引力和几何领域都有很大的影响。他是那种张爱玲说的“出名要趁早的类型”,先于霍金,他研究了引力理论中奇点问题,那时他才34岁。我们知道,爱因斯坦的时空观与万有引力紧密相关,在爱因斯坦看来,万有引力最恰当的解释不是传统的力,而是时间和空间的弯曲。当时空弯曲了,所有的物体走最短程的路径,这些短程路径看上去就像是引力作用在物体上所引起的。时空弯曲的最有名的例子是黑洞,在黑洞的周围存在一个曲面,在这个曲面之内,光线的最短程线不能到达黑洞的外部,这个特点就是黑洞这个名字的来源。

彭罗斯证明了,在大质量天体塌缩成黑洞的过程中,必然存在一个点,所有的塌缩物质在这个点之后不再存在路径。用几何的语言来说,这是几何上的奇点。而在普通的人看来,这是毁灭之点,因为越是靠近这个点,引力产生的拉扯力越大,最终归于毁灭。从物理学的角度来看,在这个点上,所有的物理学定律不再适用。霍金后来与彭罗斯一道将奇点的存在性证明推广到更加一般的情况,包括早期宇宙。

奇点的存在一直是物理学中的一个难题。好在我们这些在黑洞外部的人不必担心,因为我们看不到它们,它们总是被所谓的视界包围起来。视界很像我们在大海上看到的一个圆,也就是地平线,在这个圆之外我们什么也看不到。1969年,彭罗斯提出了著名的宇宙监督原理,该原理保证任何时空奇点都会被视界包围起来。直到今天,这个猜测还是引力理论中的一个难题。

彭罗斯最为有名的发明也许是与娱乐数学有关的彭罗斯贴砖。我们知道,瓷砖都是长方形或正方形的,因为我们可以用这些砖将整个地面铺满。可以用于贴砖的还有正三角和正六边形,这些贴砖贴出的图案有一个共同的地方,就是不但具有一定的对称性(例如,用正三角贴出的图案有60度转动对称性),还有周期性。有些形状的砖是不能用来紧密地贴满地面的,例如正五边形。还可以用几种不同形状的贴砖贴满整个地面,我们将这样的一组几何形状称之为贴砖。有些特别的贴砖不仅可以用来贴满平面,贴出来的图案有很多种,而且不可能具有周期性,这类贴砖叫做非周期贴砖。在彭罗斯之前,通常的一组非周期贴砖含有很多不同的形状,即使在彭罗斯发现以他的名字命名的只有两个形状的贴砖的同一年(1974年),最好的非周期贴砖也含有六种不同的形状。


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