Roger Penrose

Der britische Mathematiker und Physiker Sir Roger Penrose (geb. 1931) leistete bemerkenswerte und originelle Beiträge zur Erforschung von Geometrie, Relativitätstheorie, Quantenmechanik und menschlichem Geist.

Roger Penrose wurde am 8. August 1931 in Colchester, England, geboren. Sein Vater war der Genetiker Lionel Penrose, ein Experte für psychische Defekte, dessen Interesse an Geometrie seinem Sohn mitgeteilt wurde. Die Familie Penrose war im 20. Jahrhundert im britischen Geistesleben berühmt. Jonathan Penrose gewann in den 1950er und 1960er Jahren zehnmal die britische Schachmeisterschaft. Es ist nicht überraschend, dass das intellektuelle Leben des Penrose-Haushalts lebhaft war.

Penrose erhielt seinen Bachelor-Abschluss am University College in London und promovierte anschließend in Cambridge. Während seines Studiums entdeckte er einen Satz über Kegelschnitte, aus dem einige der Grundsätze der projektiven Geometrie als Sonderfälle folgen. Im Rahmen seiner Doktorarbeit entdeckte er einige wichtige Ergebnisse in der Matrizentheorie wieder. Von 1964 bis 1966 war er Leser für angewandte Mathematik am Birkbeck College der University of London und avancierte 1966 zum ordentlichen Professor.

Das Studium der Mathematik in Großbritannien umfasste immer eine große Menge angewandter Mathematik und sogar Physik, so dass es nicht unerwartet ist, dass ein Großteil von Penrose 'bekanntester Arbeit eher nach Physik als nach reiner Mathematik aussieht. Er und Stephen Hawking untersuchten gemeinsam Schwarze Löcher und die beiden identifizierten die grundlegenden Eigenschaften von Schwarzen Löchern, die sich aus dem Zusammenbruch großer Sterne ergeben. Die Masse wird so konzentriert, dass selbst Photonen (Lichtteilchen) nicht entweichen können. Selbst wenn es möglich ist, die Existenz eines Schwarzen Lochs anhand seiner Auswirkungen auf nahegelegene Objekte zu erkennen, wäre es daher unmöglich, das Innere des Schwarzen Lochs selbst zu beobachten.

Ausgehend von seinem Interesse an der Frage, ob Raum und Zeit glatt oder in diskrete Einheiten unterteilt sind, untersuchte Penrose viele Aspekte der Quantenmechanik. Während seiner Zeit in Cambridge versuchte Penrose, mathematische Modelle für die Quantenmechanik unter Verwendung der Grundelemente reeller Zahlen zu erstellen. Eines der seit langem bestehenden Probleme der Physik des 20. Jahrhunderts bestand darin, die scheinbar widersprüchlichen Bereiche Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu kombinieren. Penrose versuchte, eine Auflösung über die Twistorgeometrie zu finden, die auf komplexen Zahlen basiert. Dieses ehrgeizige Projekt ist noch lange nicht abgeschlossen, aber das Studium von Twistoren hat sich zu einer eigenständigen Branche innerhalb der Physik entwickelt.

Penrose arbeitete mit seinem Vater an der Schaffung einer visuellen Illusion, die vom niederländischen Künstler MC Escher, dessen Werk viele mathematische Elemente enthielt, in Lithografien aufgenommen wurde. Auch im Bereich der Geometrie leistete Penrose einen bemerkenswerten Beitrag zur Untersuchung von Fliesen. Eine Kachelung ist eine Methode zum Abdecken der gesamten Ebene mit Polygonen, beispielsweise Quadraten oder gleichseitigen Dreiecken. Tilings, die diese Figuren verwenden, werden als periodisch bezeichnet, da sich das Muster beim Bewegen in der Ebene regelmäßig wiederholt. Die Frage war, ob es möglich sein würde, das Flugzeug mit einem sich nicht wiederholenden Muster zu kacheln (abzudecken).

Bevor Penrose seinen Beitrag leistete, hatten andere bereits gezeigt, dass es möglich war, das Flugzeug nicht periodisch zu kacheln. Die erste Lösung verwendete eine immense Anzahl verschiedener Fliesen, und die beste 1974 bekannte Lösung verwendete immer noch sechs Fliesen unterschiedlicher Form. In diesem Jahr fand Penrose eine nichtperiodische Fliese mit nur zwei verschiedenen Formen. Obwohl dieser geometrische Beitrag weit entfernt von seinen Studien zur Astrophysik und Quantenmechanik zu sein scheint, spiegelt er auch die Breite seines wissenschaftlichen Hintergrunds wider.

1966 erhielt Penrose den Adams-Preis der Universität Cambridge und 1971 den Dannie-Heineman-Preis für Physik der American Physical Society. Im nächsten Jahr wurde er in die Royal Society gewählt und 1973 gelang es ihm, den renommierten Rouse Ball Lehrstuhl für Mathematik an der Universität Oxford zu übernehmen. Er teilte zwei Auszeichnungen mit seinem Mitarbeiter Stephen Hawking; die Eddington-Medaille der Royal Astronomical Society von 1975 und den Wolfspreis für Physik von 1988. Penrose hatte Besuchspositionen an vielen führenden Universitäten in den USA inne, darunter Cornell, Texas, Kalifornien und Princeton.

Penrose wurde der Öffentlichkeit dank des meistverkauften Buches bekannt Der neue Geist des Kaisers, Hawking hatte vor ein paar Jahren ein Buch mit ähnlicher Anerkennung geschrieben, aber nicht versucht, andere Gleichungen als Einsteins e = mc1989 aufzunehmen. Penrose 'Buch enthält diese Gleichung und Hunderte anderer, da sie sich über Computer, Verstand und die Gesetze der Physik erstreckt, um nur die im Untertitel explizit genannten Themen zu erwähnen. Der neue Geist des Kaisers Vielleicht war es das beste Buch über moderne Wissenschaft, das bisher geschrieben wurde. Innerhalb von 18 Monaten hatte es zahlreiche Drucke durchlaufen.

Während einer historischen Vorlesungsreihe am Isaac Newton Institut für mathematische Wissenschaften an der Universität Cambridge im Jahr 1994 haben Penrose und Hawking die berühmte Bohr-Einstein-Debatte nachgebildet. In öffentlichen Vorträgen präsentierten Penrose und Hawking ihre unterschiedlichen Ansichten über das Universum, seine Entwicklung und seinen Einfluss auf die Quantentheorie. Im selben Jahr wurde Penrose für seine zahlreichen Beiträge zur Wissenschaft zum Ritter geschlagen. Schatten des Geistes (1994) demonstrierten erneut die Fähigkeit von Penrose, einem allgemeinen Publikum komplexe theoretische Physik zu vermitteln.

Was Roger Penrose unter den Physikern und Mathematikern seiner Zeit auszeichnete, war die Breite und Tiefe seiner Arbeit. Einige der von ihm verfassten Aufsätze veranschaulichen die Aufmerksamkeit, die er seinen intellektuellen Vorfahren wie Sir Isaac Newton schenkte. Sein Einfluss auf seine Schüler war tiefgreifend.

Weiterführende Literatur

Es gibt einen Artikel über Penrose im McGraw-Hill Moderne Wissenschaftler und Ingenieure (1980). Einen persönlicheren Einblick bietet Martin Gardners Einführung in Penrose Der neue Geist des Kaisers (1989). Eine gute Diskussion über Fliesen und Penrose's Arbeit findet sich in B. Grunbaum und G. Shephards Buch Tilings und Muster (1986). Artikel über Penrose finden Sie in den populärwissenschaftlichen Fachzeitschriften Wissenschaftlicher Amerikaner und Wissenschaft. Ein Bericht über die Penrose-Hawking-Debatte von 1994 wird in vorgestellt Die Natur von Raum und Zeit (1996). □