-
羅傑·彭羅斯
鎖定
羅傑·彭羅斯(Roger Penrose,1931年8月8日—),爵士,出生於英國科爾切斯特,英國數學物理學家、哲學家,諾貝爾物理學獎得獎者
[2]
,英國皇家學會院士
[4]
,牛津大學勞斯·鮑爾數學系榮休教授
[3]
。
羅傑·彭羅斯於1952年獲得倫敦大學學院數學一等學位,1957年獲得劍橋大學幾何數學博士學位
[1]
[5]
。在英美工作數年後,於1964年至1973年在倫敦大學伯貝克學院任教
[1]
。1972年當選英國皇家學會院士
[4]
。1973年至1998年任牛津大學勞斯·鮑爾數學系教授
[19]
。1983年至1987年任職於萊斯大學
[6]
。1994年被英國女王授予騎士爵位
[4]
。1998年退休,成為牛津大學勞斯·鮑爾數學系榮休教授
[5]
,同年被選為美國國家科學院外籍院士
[7]
。2000年被英國女王授予功績勳章,被封為爵士
[8]
。2008年獲得科普利獎章
[20]
。2020年獲得諾貝爾物理學獎
[2]
。
羅傑·彭羅斯人物經歷
1957年,獲得劍橋大學幾何數學博士學位,畢業後以A級研究員在聖約翰學院任職三年。離開聖約翰學院後,他先後擔任了普林斯頓大學和雪城大學的北約研究員、倫敦國王學院的研究員、德克薩斯大學的客座副教授
[19]
。
羅傑·彭羅斯主要成就
羅傑·彭羅斯科研成就
- 科研綜述
20世紀50年代,羅傑·彭羅斯獨立發現並描述了一種矩陣的廣義逆運算,它後來也被稱為穆爾-彭羅斯廣義逆矩陣。同樣在50年代,羅傑還和父親共同設計出了“不可能實現的圖形”,如“彭羅斯三角”“彭羅斯階梯”。1958年,彭羅斯的興趣也逐漸從純數學領域發展到了宇宙學的範疇。幾年後,在對黑洞形成的問題苦苦思索很久後,羅傑想到了一個被他稱為俘獲面的想法,這成了他證明奇點定理的核心概念。
隨後,他又與霍金合作,彭羅斯-霍金奇點定理由此誕生。他們證明了,在遙遠的過去,宇宙必定始於一個無限小的奇點,這與當時的觀測相符。在奇點上,所有已知的物理定律都將崩塌。正是這一系列研究,在2020年為他帶來了諾貝爾物理學獎的榮譽。
20世紀70年代,彭羅斯以正五邊形為基礎,設計出了一種瓷磚圖案——僅通過兩種不同的形狀,就能構造出一個能實現五重對稱,能無限延續下去且不會自我重複的圖案。1971年,彭羅斯發明的自旋網絡成為後人發展圈量子引力的幾何基礎。後來,他的思考範圍甚至延伸至量子生物學等領域。80年代,他曾提出了生物中微管蛋白質對量子效應的應用,並認為這背後可能藏着人類意識的奧秘。
[10]
[16]
1965年彭羅斯給出了第一個奇異性定理(也稱為奇點定理) 的證明。它首次在不依賴對稱性的情況下證明了:只要時空中的物質是由一些“正常”的物質構成,並且時空滿足一些基本的性質,那麼時空的奇點是普遍存在,是不可避免地。在證明奇異性定理的過程中,彭羅斯引入了現代廣義相對論研究中的許多重要概念,比如時空的奇異性、俘獲面、柯西面和時空的整體雙曲性等數學概念;並進一步發展了在描述時空整體因果結構極為有用的“彭羅斯圖”。這些數學概念與工具的發明極大地澄清了廣義相對論中的許多內容,奠定了廣義相對論中關於奇異性研究的基調,並在當代已經成為研究廣義相對論的標準語言。彭羅斯的這一篇開創性工作一經問世就迅速地吸引了許多物理學家的注意,這其中最為突出的就是霍金。實際上1965年的文章只是彭羅斯一系列關於奇點定理的文章的開篇。在其後的系列研究工作中,彭羅斯和霍金合作對彭羅斯1965年的結果進行了推廣,並應用到宇宙學中證明了大爆炸奇點的普遍存在性。至此彭羅斯和霍金等人徹底地回答了廣義相對論中奇點的存在性問題:對球對稱性的偏離並不能有效地克服奇點的產生,奇點的形成在廣義相對論中幾乎是不可避免的。
[15]
在1968年到1969年間,彭羅斯提出了弱宇宙監督假設:奇點總是被一個稱為“黑洞事件視界”的表面所包裹,因此不再裸露,遙遠的觀測者不再受其影響。 對於已發現的大部分精確解,彭羅斯的弱宇宙監督假設都能被滿足。
奇點的存在使得人們無法有效地預言時空中物理現象的演化。廣義相對論的一個重要物理意義就在於它能夠計算並且預言時空的演化,但是奇點的出現破壞了這種可預言性。這對於廣義相對論來説是一個致命的挑戰。為此彭羅斯提出了一個強宇宙監督假設:物理的時空都是可預測的。彭羅斯的工作表明奇點在經典廣義相對論中是不可避免的,為了使視界內的觀測者也無法觀測到奇點,這就要求奇點必須是類空的。
[15]
為了理解量子引力,彭羅斯在20世紀60年代提出的激進想法。在彭羅斯的扭量理論中,幾何中的點被扭量所取代,其實體類似於一種可拉伸的線。在這個扭量空間內,彭羅斯發現了一種可以高效描述以光速行進的場(如電磁場和引力場)的方法。但現實空間包括多種類型的不同的場,任何理論都需要夠解釋不同場之間的相互作用,例如電荷間的電荷力,或是在更復雜的廣義相對論中由於場本身的能量所產生的引力。然而,包括廣義相對論中的相互作用已被證明是一項艱鉅的任務。
[13]
20世紀50年代,羅傑·彭羅斯和父親設計了多種“不可能存在”圖形並進行了推廣,他們於1958年2月把這個作品發表在《英國心理學雜誌》上。自此,後續的學者將其命名為彭羅斯階梯(Penrose Stairs)。彭羅斯階梯的創作也受到了荷蘭畫家埃舍爾(Escher)的一些“不可能存在的畫作”的啓發。
[17]
- 彭羅斯鑲嵌
彭羅斯鑲嵌(3張)
第二年,彭羅斯又對這些形狀進行修改,他將一個菱形分割成兩部分,他運用這分離的兩部分,創造出了一種新型的拼接方式。這兩種圖案分別形象地被稱為“風箏”和“飛鏢”。這便是P2型彭羅斯鑲嵌。
- 科普著作
時間 | 名稱 | 備註 |
---|---|---|
1989年 | 《皇帝新腦》 | 人工智能科普讀物 |
1994年 | 《意識的陰影》(Shadows of the Mind) | 人工智能科普讀物,《皇帝新腦》的續集 |
1996年 | 《時空本性》 | 與斯蒂芬·霍金合著 |
1997年 | 與艾伯納·西蒙尼、南希·卡特賴特、斯蒂芬·霍金合著 | |
1999年 | 《White Mars: The Mind Set Free》 | 與布里安·阿爾迪斯合著 |
2004年 | 《通向實在之路》 | |
2010年 | 《宇宙的輪迴》 | |
2016年 | 《新物理狂想曲》 |
- 學術著作
時間 | 名稱 |
---|---|
1972年 | 《相對論中的微分拓撲技術》(Techniques of Differential Topology in Relativity) |
1984年 | |
1988年 |
羅傑·彭羅斯人才培養
根據2023年12月數學譜系項目網站數據,羅傑·彭羅斯先後指導了35名學生,具體信息如下:
時間 | 姓名 | 學校 |
---|---|---|
1969年 | 胡爾希德·阿拉姆·坎(Khursheed Alam Khan) | 倫敦大學伯貝克學院 |
1969年 | 馬丁·安東尼·沃克(Martin Antony Walker) | 帝國理工學院、倫敦大學伯貝克學院 |
1971年 | 阿斯加爾·卡迪爾(Asghar Qadir) | |
1972年 | 蒂姆·波斯頓(Tim Poston) | 華威大學 |
1975年 | A·J·戈達德(A. J. Goddard) | 牛津大學 |
1975年 | 安德魯·霍奇斯(Andrew Philip Hodges) | 倫敦大學 |
1975年 | 阿瑟·加里·裏曼(Arthur Gary Ryman) | 牛津大學 |
1975年 | 喬治·A·J·斯帕林(George A. J. Sparling) | 倫敦大學伯貝克學院 |
1975年 | K·保羅·託德(Kenneth Paul Tod) | 牛津大學 |
1976年 | 萊恩·帕爾默·休斯頓(Lane Palmer Hughston) | 牛津大學 |
1976年 | 約翰·麥克納馬拉(John M. McNamara) | 牛津大學 |
1977年 | 理查德·塞繆爾·沃德(Richard Samuel Ward) | 牛津大學 |
1979年 | 邁克爾·C·謝潑德(Michael C. Sheppard) | 牛津大學 |
1980年 | 馬修·L·金斯堡(Matthew L. Ginsberg) | 牛津大學 |
1980年 | 斯蒂芬·A·赫格特(Stephen A. Huggett) | 牛津大學 |
1980年 | 克勞德·萊布倫(Claude R. LeBrun) | 牛津大學 |
1981年 | 理查德·喬薩(Richard Jozsa) | 牛津大學 |
1981年 | 羅斯·摩爾(Ross Moore) | 牛津大學 |
1981年 | 亞歷山大·波波維奇(Alexander S. Popovic) | 牛津大學 |
1982年 | 託比·N·貝利(Toby N. Bailey) | 牛津大學 |
1982年 | 喬治·伯內特-斯圖爾特(George Burnett-Stuart) | 牛津大學 |
1982年 | 托馬斯·R·赫德(Thomas R. Hurd) | 牛津大學 |
1983年 | 彼得·R·勞(Peter R. Law) | 牛津大學 |
1983年 | 約翰·P·穆蘇里斯(John P. Moussouris) | 牛津大學 |
1984年 | B·P·傑弗里斯(B. P. Jeffryes) | 牛津大學 |
1984年 | 菲利普·埃德温·瓊斯(Phillip Edwin Jones) | 牛津大學 |
1984年 | 威廉·桑頓·肖(William Thornton Shaw) | 牛津大學 |
1985年 | 羅伯特·詹姆斯·巴斯頓(Robert James Baston) | 牛津大學 |
1986年 | 亞當·D·赫爾弗(Adam D. Helfer) | 牛津大學 |
1986年 | 特里斯坦·尼達姆(Tristan Needham) | 牛津大學 |
1986年 | 亞歷山大·邁克爾·彼拉多(Alejandro Miguel Pilato) | 牛津大學 |
1987年 | 邁克爾·A·辛格(Michael A. Singer) | 牛津大學 |
1988年 | 羅伯特·J·洛(Robert J. Low) | 牛津大學 |
1992年 | 克勞斯·G·普爾弗勒(Klaus G. Pulverer) | 牛津大學 |
2010年 | 西蒙·威廉姆斯(Simon Williams) | 牛津大學 |
羅傑·彭羅斯榮譽表彰
時間 | 獎項 | 授予方 |
---|---|---|
1971年 | 丹尼·海涅曼天體物理學獎(Dannie Heineman Prize for Astrophysics) | |
1972年 | 英國皇家學會院士 | |
1975年 | 愛丁頓獎章(Eddington Medal) | 英國皇家天文學會
[19]
|
1985年 | ||
1988年 | ||
1989年 | 狄拉克獎章和獎金(Dirac Medal and Prize) | 英國物理學會
[24]
|
1990年 | 阿爾伯特·愛因斯坦獎章(Albert Einstein Medal) | 阿爾伯特·愛因斯坦學會 |
1991年 | ||
1994年 | ||
1994年 | 巴斯大學榮譽博士 | |
1994年 | 波蘭科學院外籍院士 | 波蘭科學院 |
1998年 | 美國國家科學院外籍院士 | |
2000年 | ||
2004年 | ||
2005年 | 華沙大學榮譽博士 | |
2005年 | 魯汶大學榮譽博士 | |
2006年 | 約克大學榮譽博士 | |
2006年 | 狄拉克獎章(Dirac Medal) | 新南威爾士大學
[29]
|
2008年 | ||
2011年 | Fonseca Prize | 聖地亞哥德孔波斯特拉大學
[30]
|
2012年 | 理查德·恩斯特獎章(Richard R. Ernst Medal) | 蘇黎世聯邦理工學院
[31]
|
2015年 | 墨西哥國立理工大學高級研究中心名譽博士 | |
2017年 | 指揮官獎章(Commandino Medal) | 烏爾比諾大學
[33]
|
2020年 | 諾貝爾物理學獎 | |
英國物理學會榮譽院士 |
羅傑·彭羅斯社會任職
時間 | 職務 |
---|---|
1992年至1995年 | |
2011年起 | 美國哲學學會會員
[36]
|
羅傑·彭羅斯個人生活
- 家世背景
羅傑·彭羅斯的父親萊昂內爾·彭羅斯是英國遺傳學專家、精神病學專家、兒科醫生、數學家,1960年拉斯克醫學獎得主。萊昂內爾·彭羅斯在藝術方面也頗有造詣,比如國際象棋、音樂和繪畫等。他還是第二次世界大戰後英國醫學遺傳學的核心人物。母親瑪格麗特·利斯學術成就方面的公開資料不多。羅傑·彭羅斯的繼父麥克斯·紐曼是英國數學家、密碼學家,發明了世界上第一台可工作的電子儲存程序電子計算機,也是阿蘭·圖靈的老師。在1973年,紐曼教授的髮妻去世後,時年76歲的他與瑪格麗特·利斯(萊昂內爾·彭羅斯在一年前去世)結為夫妻。
萊昂內爾·彭羅斯有四個兒女,羅傑·彭羅斯家中排行第二。羅傑·彭羅斯的哥哥奧利弗·彭羅斯是愛丁堡赫瑞瓦特大學的數學教授,以非對角長程序的概念而聞名,是理解超流體和超導體的核心。弟弟喬納森·彭羅斯是英國國際象棋大師,17歲時就初露鋒芒,被認為是英國頂級象棋選手,在1958年至1969年間贏得了10次英國國際象棋錦標賽冠軍。1993年,他被國際棋聯授予特級大師稱號。此外,喬納森·彭羅斯還是一位心理學家,大學講師,擁有博士學位。妹妹婚後改了夫姓,名叫雪莉·霍奇森,她是英國醫學科學家、遺傳學家。在倫敦大學聖喬治學院任教,是癌症遺傳學教授。她也是英國皇家醫學院院士、英國皇家生物學會院士。
[9]
- 感情生活
羅傑·彭羅斯與第一任妻子瓊·伊莎貝爾·威奇(Joan Isabel Wedge,1919-1977)於1959年結婚,二人育有三個兒子。
- 哲學思想
羅傑·彭羅斯人物評價
羅傑·彭羅斯變革了廣義相對論的整個研究領域。1960年代後,宇宙學、天體物理,尤其是黑洞和引力波的研究成為主流,彭羅斯和霍金是理論研究的主將
[10]
。(基普·索恩評)
彭羅斯使用巧妙的數學方法證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果。他證明了黑洞確實可以形成,並對其進行了詳細描述。他的開創性論文被認為是愛因斯坦之後對廣義相對論的最重要貢獻
[11]
。(瑞典皇家科學院評)
彭羅斯是目前在世(2020年)的對黑洞理論貢獻最大的科學家。關於黑洞,彭羅斯和霍金一起做了工作,但不幸的是霍金去世了。應當説,無論是工作的廣度還是深度,彭羅斯的成就都絲毫不遜於霍金
[12]
。(中科院高能物理研究所張雙南評)
- 參考資料
-
- 1. Sir Roger Penrose .約克大學[引用日期2023-12-17]
- 2. Roger Penrose – Facts – 2020 .NobelPrize.org[引用日期2023-12-17]
- 3. Oxford Mathematician Roger Penrose jointly wins the Nobel Prize in Physics .牛津大學[引用日期2023-12-17]
- 4. Roger Penrose .Royal Society[引用日期2023-12-17]
- 5. UCL alumnus Professor Sir Roger Penrose awarded Nobel Prize .University College London[引用日期2023-12-17]
- 6. Roger Penrose at Rice, 1983-1987 .Rice History Corner[引用日期2023-12-17]
- 7. Roger Penrose University of Oxford .美國國家科學院[引用日期2023-12-17]
- 8. Appointments to the Order of Merit .The Royal Family[引用日期2023-12-17]
- 9. 羅傑·彭羅斯和他的顯赫家族 .光明網[引用日期2023-12-17]
- 10. 從彭羅斯獲諾獎説起 .光明網[引用日期2023-12-17]
- 11. 三名科學家分享2020年諾貝爾物理學獎 .新華網[引用日期2023-12-17]
- 12. 黑洞探索者:霍金缺席的諾貝爾物理獎毫不失色 .人民日報[引用日期2023-12-17]
- 13. 剛剛,2020年諾貝爾物理學獎頒佈!霍金“戰友”獲獎,黑洞“吸納”全部獎金 .每日經濟新聞[引用日期2023-12-17]
- 14. 永不“重複”的鑲嵌圖案 .中國數字科技館[引用日期2023-12-17]
- 15. 蔡榮根,曹利明,李理,等.時空奇點和黑洞——2020年諾貝爾物理學獎解讀[J].物理, 2021.
- 16. 七位彭羅斯,你能認出幾個 .中科院物理所[引用日期2023-12-17]
- 17. 科學家講科學:彭羅斯階梯:眼見不一定為實 .中國數字科技館[引用日期2023-12-17]
- 18. Oral History Interviews .American Institute of Physics[引用日期2023-12-17]
- 19. Johnian Nobel Laureates .劍橋大學聖約翰學院[引用日期2023-12-17]
- 20. Roger Penrose awarded the Copley Medal .牛津大學[引用日期2023-12-17]
- 21. Roger Penrose .牛津大學[引用日期2023-12-17]
- 22. Roger Penrose .The Mathematics Genealogy Project[引用日期2023-12-17]
- 23. 1971 Dannie Heineman Prize for Mathematical Physics Recipient .美國物理學會[引用日期2023-12-17]
- 24. Paul Dirac Medal and Prize recipients .英國物理學會[引用日期2023-12-17]
- 25. Honorary graduates, 1990 to 1999 .巴斯大學[引用日期2023-12-17]
- 26. Roger Penrose .AIP Publishing[引用日期2023-12-17]
- 27. Prof. Jacek Klinowski with the title of doctor honoris causa of the University of Warsaw .華沙大學[引用日期2023-12-17]
- 28. Eredoctoraten .魯汶大學[引用日期2023-12-17]
- 29. LIVESTREAM Einstein’s Gift: Gravitational Waves and Black Holes .新南威爾士大學[引用日期2023-12-17]
- 30. Fonseca Prize 2011: Sir Roger Penrose .Universidade de Santiago de Compostela[引用日期2023-12-17]
- 31. What constitutes consciousness? .ETH Life[引用日期2023-12-17]
- 32. Roger Penrose y su paso por el Cinvestav .墨西哥國家理工學院[引用日期2023-12-17]
- 33. Il plauso del Rettore al Premio Nobel per la fisica Roger Penrose, Medaglia Commandiniana a Urbino nel 2017 .Università degli Studi di Urbino[引用日期2023-12-17]
- 34. Our Honorary Fellows .英國物理學會[引用日期2023-12-17]
- 35. GRG Society History .國際廣義相對論和引力學會[引用日期2023-12-17]
- 36. APS Member History .美國哲學學會[引用日期2023-12-17]
- 37. 國際哲學與科學交叉學科研究進展評述 .中國發展門户網[引用日期2023-12-17]
- 收起