Roger Penrose

Roger Penrose (Figur 1) ble født i Colchester i Essex i England. Han tok Bachelor of Science graden i matematikk ved University College London og studerte så videre ved University of Cambridge der han fullførte sin doktorgrad i 1957. Fra 1957 til 1959 arbeidet han som vitenskapelig assistent ved St. Johns College i Cambridge. Han fikk så et NATO-forskningsstipend og tilbragte de to neste årene i USA. I 1966 ble Penrose utnevnt til professor i anvendt matematikk ved Birbeck College i London. Fra 1973 til han ble pensjonist (professor emeritus) i 1998, var han professor i matematikk ved University of Oxford.

I 1955 publiserte Roger Penrose sin første vitenskapelige artikkel. Det var et matematisk arbeid som dreide seg om inverse matriser. I 1959 kom hans første vitenskapelige arbeid i fysikk. Det var om fotografert utseende av et legeme som beveger seg med hastighet nær lyshastigheten i forhold til fotografen.

I 1965 publiserte Penrose en artikkel med tittelen «Gravitational collapse and spacetime singularities» (på norsk: Gravitasjonskollaps og tidrom-singulariteter) som gjorde at han 55 år senere fikk Nobelprisen i fysikk. Her innførte Penrose nye matematiske metoder og begreper for å undersøke fysiske konsekvenser av den generelle relativitetsteorien. Blant annet innførte han begrepet trapped surface, det vil si en lukket flate som holder lys fanget. Han beviste at dersom det dannes en trapped surface ved gravitasjonskollaps, vil det ifølge relativitetsteorien oppstå et svart hull med en såkalt singularitet i sentrum, det vil si et punkt med uendelig stor massetetthet og uendelig stor krumning av tidrommet. Penrose beviste at i denne forstand forutsier relativitetsteorien eksistensen av svarte hull.

De neste årene brukte Penrose de nye matematiske metodene sammen med Stephen Hawking til å undersøke universets egenskaper helt i starten av universets historie ved tidspunktet for det såkalte big bang.

Penrose var klar over at singulariteten i sentrum av et svart hull ikke er et fysisk objekt, men et matematisk objekt som eksisterer dersom kvantemekanikken neglisjeres. Han innså også at man trenger en kvantegravitasjonsteori for å beskrive forholdene ved sentrum av et svart hull. Penrose prøvde å etablere et matematisk grunnlag for å konstruere en kvantegravitasjonsteori ved å innføre en ny type matematiske objekter som han kalte twistorer, og han utviklet en matematikk for twistorer som ble publisert et to-binds verk.

I 1963 utledet den New Zealandske matematiske fysikeren Roy Kerr en eksakt løsning av Einsteins feltlikninger som beskriver tiden, rommet og gravitasjonen utenfor et roterende svart hull. Dette inspirerte Penrose til å undersøke om det i prinsippet er mulig å bruke et roterende svart hull som en energikilde ved trekke ut rotasjonsenergi fra et roterende svart hull. Han oppdaget en måte å gjøre dette på, og det ble senere kalt ‘penroseprosessen’. Den går ut på å sende inn et legeme svært nær det svarte hullet, og programmere det til å dele seg på en slik måte at én del trekkes inn i det svarte hullet og den andre unnslipper fra det. Delen som faller inn i det svarte hullet, beveger seg mot rotasjonsretningen og bremser ned hullets rotasjon. Tapet i rotasjonsenergi gis til den andre partikkelen som tar denne ekstra energien med seg vekk fra det svarte hullet.

Samme året formulerte Penrose prinsippet om kosmisk sensur; at alle singulariteter er skjult bak en horisont slik at de ikke kan observeres, og viste at under rimelige betingelser følger gyldigheten av dette prinsippet fra den generelle relativitetsteorien.

Penrose skrev også fem populærvitenskapelige bøker. Den første har tittelen: «The Emperor’s New Mind: Concerning computers, minds, and the laws of physics» og ble publisert i 1984.

I 2004 ble hans 1099 sider lange bok «Tre road to reality: A complete guide to the laws of the universe» publisert.

Hans populærvitenskapelige bok «Fashion, faith and fantasy in the new physics of the universe» ble publisert i 2016.

Det såkalte penrosetriangelet ble først konstruert av den svenske kunstneren Oscar Reutersvärd i 1934. Den er et eksempel på en klasse av gjenstander kalt ‘umulige gjenstander’. Det er vist i Figur 2. Det er en optisk illusjon som består av et objekt som kan avbildes på en tegning, men som ikke kan eksistere som et tredimensjonalt fysisk objekt. Den ble gjenoppdaget og presentert av Roger Penrose og hans far, Lionel Penrose, i British Journal of Psychology i 1958.

I 1974 oppdaget Penrose at et plan kan flislegges med heller av to ulike fasonger på en slik måte at mønsteret ikke gjentar deg selv fra et sted til et annet, og at mønsteret er uendret ved en rotasjon på en femtedel av en hel omdreining, det vil si ved en rotasjon på 72 grader (Figur 3). Den engelske betegnelsen på mønstret er Penrose tiling.

Blant den lange rekken av priser og utmerkelser Roger Penrose tidligere har fått, kan nevnes:

• Han ble valgt til Fellow of the Royal Society i 1972.
• Han fikk sammen med Stephen Hawking Wolfprisen for fysikk i 1988.
• Han fikk Albert Einstein-medaljen i 1990 og ble slått til ridder i 1994.
• Han ble tildelt nobelprisen i fysikk for 2020 sammen med Reinhard Genzel og Andrea Ghez.

• relativitetsteorien
• Stephen Hawking