Roger Penrose

Roger Penrose (2011)

Sir Roger Penrose OM (född 8 augusti 1931 i Colchester , Essex ) är en brittisk matematiker och teoretisk fysiker .

Penroses huvudsakliga forskningsområden är matematisk fysik och kosmologi , och hans arbete inom dessa områden är högt respekterat. Han har också medverkat i många populärvetenskapliga böcker om filosofi . Han tilldelades hälften av Nobelpriset i fysik 2020 , "för upptäckten att bildandet av svarta hål är en robust förutsägelse av den allmänna relativitetsteorin " (enligt lovordet ), dvs inte baserat på speciella matematiskt förenklade antaganden. Luftningen hänvisade särskilt till hans matematiska arbete på 1960-talet med introduktionen av nya metoder i allmän relativitet, som kulminerade i det gemensamma arbetet med Stephen Hawking om förekomsten av singulariteter och därmed svarta hål i allmän relativitet under mycket allmänna förhållanden ( Singularity theorem ). Den andra halvan av Nobelpriset gick till Andrea Ghez och Reinhard Genzel för att empiriskt demonstrera existensen av ett supermassivt svart hål i mitten av Vintergatan.

Liv

Roger Penrose är son till den medicinska genetikern Lionel Penrose (grundare av Colchester Survey för att avslöja de genetiska och miljömässiga orsakerna till psykisk sjukdom) och Margaret Leathes, en läkare. Han är bror till fysikern Oliver Penrose och den tiofaldiga (1958-1969) brittiska schackmästaren och psykologen Jonathan Penrose . Hans syster är genetikern Shirley Hodgson . Hans far emigrerade till London , Ontario , Kanada 1939 (där han var chef för sjukhusets psykiatriska klinik), där Penrose gick i skolan. År 1945 återvände familjen till England och Penrose deltog i University College i London , där hans far var professor i genetik.

Efter sin kandidatexamen flyttade han till Cambridge University för att arbeta i algebraisk geometri med William Vallance Douglas Hodge , men flyttade sedan till John Arthur Todd , där han doktorerade 1957. Han deltog också i fysikkurser med Paul Dirac och Hermann Bondi och påverkades också starkt av kosmologen Dennis Sciama . 1956/57 var han biträdande lektor vid Bedford College i London och flyttade sedan till St.John's College i Cambridge som forskare . 1959–1961 arbetade han i USA vid Princeton University och Syracuse University , sedan 1961–1963 vid King's College i Cambridge och 1963/64 som gästprofessor vid University of Texas i Austin . 1964 blev han läsare vid Birkbeck College i London och 1966 professor i tillämpad matematik där.

Penrose var Rouse Ball Professor vid Oxford University från 1973 till 1998 . Han blev sedan professor i geometri vid Gresham College , London .

Från 1992 till 1995 var han president för International Society on General Relativity and Gravitation .

Från 1959 till 1981 var han först gift med amerikanen Joan Isabel Wedge, med vilken han har tre barn. 1988 gifte han sig med läraren Vanessa Thomas, med vilken han har två barn.

Publicitet

Penrose är känd för allmänheten för sitt populära vetenskapliga arbete: I flera böcker ( The Emperor's New Mind , Shadows of the Mind , The Large, the Small and the Human Mind ) hanterar han problem medvetandet och artificiell intelligens i matematiska och fysiska termer .

Tjänster

fysik

Temperaturfluktuationer i kosmisk bakgrundsstrålning, mätt med WMAP

Penrose introducerade spinnnätverk , från vilka teorin om slingkvantgravitation och twistorteori senare utvecklades. I synnerhet var utvidgningen av Twistor-teorin, som han grundade och som han ser som grund för en omfattande fysisk teori om grundläggande interaktioner och partiklar, en av de viktigaste frågorna i hans karriär som forskare. Ett annat grundläggande resultat i kosmologin går tillbaka till honom och Stephen Hawking : Hawking-Penros teorem, enligt vilken lösningar med singulariteter (t.ex. big bang eller svarta hål) nödvändigtvis finns i Einsteins fältekvationer (se singularitetsteorem ). Enligt Penrose är singulariteter alltid skyddade av händelsehorisonter och nakna singulariteter förekommer inte ( Penroses kosmiska censurhypotes). Penrose-processen , som han upptäckte 1969, gör det möjligt att extrahera energi från roterande svarta hål. Slutligen, 1979, med Weyl-krökningshypotesen , kom Penrose med ett förslag på hur termodynamikens andra lag skulle kunna rota i kosmologin, och hur å ena sidan den kosmologiska pilen och å andra sidan den imponerande observerade rumsliga homogeniteten. och universums isotropi kunde förklaras. I samband med den allmänna relativitetsteorin utvecklade han också Penrose-diagrammet , som kan användas för att grafiskt skildra den globala strukturen för rymdtid .

Penrose efterlyser utveckling av en teori om kvantgravitation med hänsyn till en viss oförutsägbarhet i kvantfenomenens värld och deras tolkningar och integreringen av principerna i Einsteins allmänna relativitetsteori. Han kallar denna nya fysik ELLER fysik .

Under 2010 tolkade Penrose tillsammans med Wahe Gursadjan anomalier (efter dem koncentriska cirklar) i WMAP- data för den kosmiska bakgrundsstrålningen som bevis på aktiviteter före Big Bang (kollisioner av supermassiva svarta hål). Han ser det mer cykliska än bekräftelsen av sina föreslagna modelluniverser (CCC, konform konjunktur kosmologi = konform konjunktur kosmologi ), vilket ger successiva universum och därmed, till skillnad från modellen för parallella universum . Följaktligen följs slutet av ett expanderat universum av en ny big bang, som kräver en symmetri eller konform (dvs. i huvudsak skaloberoende) omvandling mellan början och slutet (detta är relaterat till hans Weyl-krökningshypotes för att förklara universums entropi ). Men eftersom massiva partiklar finns i det kända universum och därmed definieras skalor, postulerar han också att partiklarna tappar sin massa i slutfasen. Han postulerar också masslösa partiklar för att förklara temperaturfluktuationer i den kosmiska bakgrundsstrålningen, som förmedlar gravitation och utgör mörk materia , och kallar dem Erebon efter Erebos .

matematik

Implementering av den femfaldiga symmetriska plattan av Roger Penrose

Penta Plexity

Som student upptäckte Penrose Penrose inverserna av matriser 1955 .

1974 upptäckte Penrose flera relaterade små icke-periodiska kakeluppsättningar, i synnerhet flera aperiodiska par . Sådana brickor kan planet parkettas, men ingen av dessa plattor är periodiska (det vill säga upprepas inte på exakt samma sätt). Men de har alltid en viss ordning och är femfaldigt rotationssymmetriska. De kallas därför kvasi-periodiska . Denna Penrose-tegel är härledd från ett hierarkiskt strukturerat paket med vanliga pentagoner (se nedan). 1984 hittades liknande strukturer i kvasikristaller .

Bland annat uppfann Roger Penrose Penrose-triangeln , en triangel med tre rät vinklar som stod ovanpå varandra. Konstruktionen, som i verkligheten inte är möjlig, animerade den holländska grafikern MC Escher för att skapa bilderna Waterfall och Belvedere .

I matematik är skönhet ofta förknippad med enkelhet. Penrose drar slutsatsen att enkelhet som sådan inte är vacker i matematik utan framför allt oväntad enkelhet .

Fysik och medvetande, arbeta med kvantmekanikens grunder

Penrose försöker i flera verk med en trevärldsteori att beskriva metafysiska problem inom populärvetenskap och att förklara sina föreslagna lösningar. Från den första världen av de platonisk-matematiska logotyperna är den fysiska verkligheten bara ett litet utdrag (andra naturlagar kan tänkas). Den tredje, andliga världen är individens medvetande.

I sökandet efter ”ett fysiskt hem för medvetandet” föreslår Penrose och Stuart Hameroff en modell enligt vilken medvetenhet baseras på kvantmekaniska effekter såsom EPR-fenomen , kvantförträngning eller kvant-icke-lokalitet och kvantkoherens , som finns i mikrotubuli i cellskelettet och gränssnittet med neuronet . Denna idé diskuteras kontroversiellt, i synnerhet verkar det tveksamt om sådana fenomen alls är möjliga vid levande materiens temperatur och densitet.

Enligt denna hypotes leder subtila fysiska processer på nanometerskalan (10 ⁻⁹ m) i gränsområdet mellan klassisk fysik och kvantmekanik i ett högt utvecklat nervsystem till det vi kallar ” sinne ” eller ” medvetande ”. Hameroff-Penrose-modellen avvisas emellertid av andra kvantfysiker, neurobiologer och filosofer som Thomas Metzinger , Gerhard Roth eller Christof Koch . Men han fick också stöd för sin teori från olika naturvetare, till exempel fysikerna Hans-Peter Dürr och Amit Goswami och kemisten Rolf Froböse .

År 2003 föreslog Penrose och den nederländska experimentfysikern Dirk Bouwmeester att testa sin hypotes om påverkan av rymdets gravitationskurvation på kvantmekaniska tillstånds överlagring på nano-speglar.

Utmärkelser

Publikationer (urval)

• Tensormetoder i algebraisk geometri . University of Cambridge 1956. ( Avhandling )
• Geometriska algebraer: En ny metod för invarierande teori . Bedford College , London 1957.
• Tekniker för differentiell topologi i relativitet , SIAM, Philadelphia 1972.
• med Wolfgang Rindler : Spinors och Space-Time. Volym 1: Two-Spinor Calculus och Relativistic Fields. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge University Press, 1987, ISBN 0-521-33707-0 .
• Kejsarens nya sinne. När det gäller datorer, sinnen och fysikens lagar. Oxford University Press, 1989, ISBN 0-14-014534-6 .
  • Tyska utgåvan: Computer thinking. Kejsarens nya kläder eller debatten om artificiell intelligens, medvetande och naturlagarna. Spectrum of Science, Heidelberg 1991, ISBN 3-8274-1332-X .
• Mind's Shadows. En sökning efter saknad vetenskap om medvetande. Oxford University Press, 1994, ISBN 0-19-853978-9 .
  • Tysk utgåva: Shadow of the Spirit . Vägar till en ny fysik av medvetande. Spectrum, Heidelberg / Berlin / Oxford 1995, ISBN 3-86025-260-7 .
• med Stephen Hawking : The Nature of Space and Time. Princeton University Press, 1996, ISBN 0-691-03791-4 .
  • Tysk utgåva: Space and Time. Rowohlt, Reinbek 1998, ISBN 3-498-02934-7 .
  • Hawkings del av boken finns fritt tillgänglig på: arxiv : hep-th / 9409195
• Det stora, det lilla och det mänskliga sinnet. Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5 .
  • Tysk utgåva: Den stora, den lilla och den mänskliga andan. Spectrum, Heidelberg / Berlin 2002, ISBN 978-3-8274-0289-9
• Kvantberäkning, intrassling och tillståndsminskning. I: Filosofiska transaktioner från Royal Society of London. Serie A, 356, 1998, s. 1927-1939.
• Vägen till verkligheten . En komplett guide till universums lagar. Jonathan Cape, London 2004, ISBN 0-224-04447-8 .
  • Tysk delvis översättning: Vägen till verkligheten: den delvisa översättningen för nybörjare , översättaren Anita Ehlers, bidrag av Markus Pössel , Spektrum Akademischer Verlag 2010, ISBN 978-3-8274-2341-2
• med Wolfgang Rindler: Spinors and Space-Time. Volym 2: Spinor- och Twistor-metoder i rymd-tidsgeometri. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge University Press, 2008, ISBN 0-521-34786-6 .
• Tidens cykler. Bodley Head, 2010, ISBN 978-0-224-08036-1 .
  • Tyska: tidens cykler . En ny ovanlig syn på universum. Översatt av Thomas Filk. Spectrum Academic Publishing House, Heidelberg 2011, ISBN 978-3-8274-2801-1 .
• Collected Works , 6 volymer, Oxford University Press 2011.
• Mode, tro och fantasi i den nya fysiken i universum , Princeton University Press, Princeton, New Jersey, USA 2016, ISBN 978-0-691-11979-3 .
• Medvetande och universum: Quantum Physics, Evolution, Brain & Mind , Science Publishers, New York, 2010, ISBN 978-1-938024-30-6

Individuella bevis

1. ↑ Laudation: för upptäckten att svarta hålbildning är en robust förutsägelse av den allmänna relativitetsteorin , Pressmeddelande, Nobelprisets fysik 2020
2. ^ Roger Penrose (född 8 augusti 1931), brittisk professor. I: prabook.com. Åtkomst 4 januari 2019 . 
3. Pen Roger Penrose: Datortänkande: Debatten om artificiell intelligens, medvetande och fysikens lagar . Spectrum Academic Publishing House, 2001, ISBN 3-8274-1332-X . 
4. ↑ Roger Penrose: Andens skugga . Spektrum Verlag, 1995, ISBN 3-86025-260-7 . 
5. ↑ Roger Penrose, Abner Shimon, Nancy Cartwright , Stephen W. Hawking : Det stora, det lilla och det mänskliga sinnet . Spectrum Academic Publishing House, 2002, ISBN 3-8274-1331-1 . 
6. ↑ Penrose, gravitationskollaps: rollen som allmän relativitet, Rivista del Nuovo Cimento, serie 1, volym 1, 1969, s.252
7. ↑ Wahagn Grigori Gursadjan, Roger Penrose: På CCC förutspådde koncentriska lågvarianscirklar i CMB-himlen . I: Eur. Phys. J. Plus . tejp 128 , 2013, s. 22 , arxiv : 1302.5162 [abs] (engelska). 
8. ↑ Christian Müller: Det cykliska universum. I: wienerzeitung.at. 22 maj 2015, öppnad 4 januari 2019 . 
9. ↑ Christian Wolf: kosmologi: Big Bang eller inte? I: Spektrum.de. 17 januari 2014, nås 13 oktober 2020 . 
10. ^ Roger Penrose: De grundläggande idéerna för konform konjunktur kosmologi . I: AIP Conference Proceedings . tejp 1446 , 2012, s. 233 , doi : 10.1063 / 1.4727997 (engelska). 
11. ^ Roger Penrose: Estetikens roll i ren och tillämpad matematisk forskning . I: Bull. Inst. Matematik. Appl. Volym 10, 1974, s. 266-271.
12. ↑ [1] , senast sett den 3 maj 2020.
13. ↑ Själen finns också efter döden , senast sett den 3 maj 2020.
14. ^ Roger Penrose: On Gravity's Roll in Quantum State Reduction . I: Allmän relativitet och gravitation . Vol. 28, nr 5 , 1996, sid. 581–600 , doi : 10.1007 / BF02105068 , förkortningskod : 1996GReGr..28..581P . 
15. ^ University of Leiden 2011 om Penrose
16. ^ W. Marshall, C. Simon, Penrose, Bouwmeester: Mot kvantöverlagring av en liten spegel. I: Phys. Pastor Lett. Volym 91, 2003, s. 130401-1, pdf
17. ^ Medlemmar: Roger Penrose. Royal Irish Academy, öppnad 11 maj 2019 . 
18. ↑ Spridningspris. I: claymath.org. 8 mars 2018, nås 4 januari 2019 . 

webb-länkar

• Litteratur av och om Roger Penrose i katalogen för det tyska nationalbiblioteket
• John J. O'Connor, Edmund F. Robertson :  Roger Penrose. I: MacTutor History of Mathematics archive .
• Penrose kakel. Southern Polytechnic State University, 15 augusti 2011, nås den 16 januari 2012 . 
• Vetenskap och sinne. 12 maj 1999, nås den 16 januari 2012 (engelska, ljudföreläsning av Roger Penrose om Orch OR- modellen för medvetenhet).