Roger Penrose - Roger Penrose


Roger Penrose

Roger Penrose no Festival della Scienza em 29 de outubro de 2011.jpg
Penrose em 2011
Nascer ( 08/08/1931 )8 de agosto de 1931 (90 anos)
Colchester , Inglaterra , Reino Unido
Educação
Conhecido por
Cônjuge (s)
Joan Isabel Wedge
( M.  1959, divorciaram)

Vanessa Thomas
Crianças 4
Prêmios
Carreira científica
Campos Física matemática , tesselações
Instituições
Tese Métodos de tensor em geometria algébrica  (1958)
Orientador de doutorado John A. Todd
Outros conselheiros acadêmicos WVD Hodge
Alunos de doutorado
Influenciado

Sir Roger Penrose OM FRS HonFInstP (nascido em 8 de agosto de 1931) é um matemático britânico , físico matemático , filósofo da ciência e ganhador do Prêmio Nobel de Física . Ele é Professor Emérito de Matemática do Rouse Ball na Universidade de Oxford , bolsista emérito do Wadham College, Oxford , e bolsista honorário do St John's College, Cambridge e University College London .

Penrose fez contribuições para a física matemática da relatividade geral e cosmologia . Ele recebeu vários prêmios e prêmios, incluindo o Prêmio Wolf de Física de 1988 , que ele compartilhou com Stephen Hawking pelos teoremas de singularidade de Penrose-Hawking , e metade do Prêmio Nobel de Física de 2020 "pela descoberta de que a formação de buracos negros é um previsão robusta da teoria geral da relatividade ".

Vida pregressa

Nascido em Colchester , Essex, Roger Penrose é filho de Margaret (Leathes) e do psiquiatra e geneticista Lionel Penrose . Seus avós paternos foram J. Doyle Penrose , um artista nascido na Irlanda, e o Exmo. Elizabeth Josephine Peckover; e seus avós maternos eram o fisiologista John Beresford Leathes e sua esposa, Sonia Marie Natanson, uma judia russa que havia deixado São Petersburgo no final da década de 1880. Seu tio era o artista Roland Penrose , cujo filho com o fotógrafo Lee Miller é Antony Penrose . Penrose é irmão do físico Oliver Penrose , da geneticista Shirley Hodgson e do Grão-mestre de xadrez Jonathan Penrose .

Penrose passou a Segunda Guerra Mundial quando criança no Canadá, onde seu pai trabalhava em London, Ontário . Penrose frequentou a University College School e a University College London , onde se formou com um diploma de primeira classe em matemática.

Pesquisar

Em 1955, ainda estudante, Penrose reintroduziu a matriz inversa generalizada de EH Moore , também conhecida como inversa de Moore-Penrose , depois de ter sido reinventada por Arne Bjerhammar em 1951. Tendo iniciado pesquisas com o professor de geometria e astronomia, Sir WVD Hodge , Penrose concluiu seu PhD no St John's College, Cambridge , em 1958, com uma tese sobre "métodos tensores em geometria algébrica" ​​sob o algebrista e geômetro John A. Todd . Ele idealizou e popularizou o triângulo de Penrose na década de 1950, descrevendo-o como "impossibilidade em sua forma mais pura", e trocou material com o artista MC Escher , cujas primeiras representações de objetos impossíveis em parte o inspiraram. Cachoeira de Escher e Ascendente e Descendente foram, por sua vez, inspirados em Penrose.

Como afirma o revisor Manjit Kumar:

Como estudante em 1954, Penrose estava participando de uma conferência em Amsterdã quando por acaso se deparou com uma exposição da obra de Escher. Logo ele estava tentando conjurar suas próprias figuras impossíveis e descobriu o tribar - um triângulo que parece um objeto tridimensional sólido real, mas não é. Junto com seu pai, um físico e matemático, Penrose passou a projetar uma escada que simultaneamente sobe e desce. Seguiu-se um artigo e uma cópia foi enviada a Escher. Completando um fluxo cíclico de criatividade, o mestre holandês das ilusões geométricas se inspirou para produzir suas duas obras-primas.

Penrose passou o ano acadêmico de 1956-1957 como professor assistente no Bedford College, em Londres, e na época era pesquisador no St John's College, Cambridge . Durante esse cargo de três anos, ele se casou com Joan Isabel Wedge, em 1959. Antes do fim da bolsa, Penrose ganhou uma bolsa de pesquisa da OTAN para 1959-1961, primeiro em Princeton e depois na Syracuse University . Retornando à Universidade de Londres , Penrose passou dois anos, de 1961 a 1963, como pesquisador no King's College, em Londres , antes de retornar aos Estados Unidos para passar o ano de 1963 a 1964 como professor associado visitante na Universidade do Texas em Austin . Mais tarde, ele ocupou cargos de visitante na Yeshiva, Princeton e Cornell durante 1966-67 e 1969.

Em 1964, enquanto um leitor do Birkbeck College, em Londres, (e tendo sua atenção atraída da matemática pura para a astrofísica pelo cosmólogo Dennis Sciama , então em Cambridge) nas palavras de Kip Thorne da Caltech, "Roger Penrose revolucionou as ferramentas matemáticas que usamos para analisar as propriedades do espaço-tempo ". Até então, o trabalho com a geometria curva da relatividade geral havia sido confinado a configurações com simetria suficientemente alta para que as equações de Einstein fossem solúveis explicitamente, e havia dúvidas sobre se tais casos eram típicos. Uma abordagem a esse problema foi pelo uso da teoria das perturbações , desenvolvida sob a liderança de John Archibald Wheeler em Princeton. A outra abordagem, e mais radicalmente inovadora, iniciada por Penrose foi ignorar a estrutura geométrica detalhada do espaço-tempo e, em vez disso, concentrar a atenção apenas na topologia do espaço, ou no máximo em sua estrutura conforme , uma vez que é a última - conforme determinado pelo lay of the lightcones - que determina as trajetórias de geodésicas semelhantes à luz e, portanto, suas relações causais. A importância do artigo que marcou época de Penrose "Colapso gravitacional e singularidades espaço-temporais" não foi seu único resultado, resumido aproximadamente como se um objeto como uma estrela moribunda implodisse além de um certo ponto, então nada pode impedir o campo gravitacional de chegar lá. forte a ponto de formar algum tipo de singularidade. Ele também mostrou uma maneira de obter conclusões gerais semelhantes em outros contextos, notadamente no Big Bang cosmológico , com o qual ele lidou em colaboração com o aluno mais famoso de Dennis Sciama , Stephen Hawking . Os teoremas da singularidade Penrose-Hawking foi inspirado por Amal Kumar Raychaudhuri 's equação Raychaudhuri .

Visão prevista de fora do horizonte de eventos de um buraco negro iluminado por um disco de acreção fino

Foi no contexto local de colapso gravitacional que a contribuição de Penrose foi mais decisiva, começando com sua conjectura de censura cósmica de 1969, no sentido de que quaisquer singularidades subsequentes seriam confinadas dentro de um horizonte de eventos bem comportado em torno de uma região do espaço-tempo oculta para o qual Wheeler cunhou o termo buraco negro , deixando uma região exterior visível com curvatura forte, mas finita, da qual parte da energia gravitacional pode ser extraída pelo que é conhecido como processo de Penrose , enquanto o acúmulo de matéria circundante pode liberar mais energia que pode explicar fenômenos astrofísicos, como quasares .

Seguindo sua " hipótese de censura cósmica fraca ", Penrose passou, em 1979, a formular uma versão mais forte chamada de "hipótese de censura forte". Junto com a conjectura de Belinski-Khalatnikov-Lifshitz e as questões de estabilidade não linear, resolver as conjecturas da censura é um dos problemas pendentes mais importantes na relatividade geral . Também de 1979, data a hipótese da curvatura de Weyl influente de Penrose sobre as condições iniciais da parte observável do universo e a origem da segunda lei da termodinâmica . Penrose e James Terrell perceberam independentemente que objetos viajando perto da velocidade da luz parecerão sofrer uma inclinação ou rotação peculiar. Este efeito passou a ser chamado de rotação Terrell ou rotação Penrose-Terrell.

Em 1967, Penrose inventou a teoria dos twistores que mapeia objetos geométricos no espaço de Minkowski no espaço complexo quadridimensional com a assinatura métrica (2,2).

Penrose é bem conhecido por sua descoberta em 1974 de ladrilhos de Penrose , que são formados a partir de dois ladrilhos que só podem ladrilhar o plano de forma não periódica, e são os primeiros ladrilhos a exibir uma simetria rotacional quíntupla. Penrose desenvolveu essas idéias com base no artigo Deux types fondamentaux de distribution statistique (1938; uma tradução para o inglês Dois tipos básicos de distribuição estatística ) do geógrafo , demógrafo e estatístico tcheco Jaromír Korčák  [ cs ] . Em 1984, esses padrões foram observados no arranjo de átomos em quasicristais . Outra contribuição digna de nota é sua invenção de redes de spin em 1971 , que mais tarde veio a formar a geometria do espaço-tempo na gravidade quântica em loop . Ele foi influente na popularização do que é comumente conhecido como diagramas de Penrose (diagramas causais).

Em 1983, Penrose foi convidado a lecionar na Rice University em Houston, pelo então reitor Bill Gordon. Ele trabalhou lá de 1983 a 1987.

Atividade posterior

Em 2004, Penrose lançou The Road to Reality: Um Guia Completo para as Leis do Universo , um guia abrangente de 1.099 páginas para as Leis da Física que inclui uma explicação de sua própria teoria. A Interpretação de Penrose prevê a relação entre a mecânica quântica e a relatividade geral , e propõe que um estado quântico permanece em superposição até que a diferença da curvatura do espaço-tempo atinja um nível significativo.

Penrose é o distinto professor visitante de Física e Matemática Francis e Helen Pentz na Universidade Estadual da Pensilvânia .

Um universo anterior

Imagem WMAP das anisotropias (extremamente pequenas) na radiação cósmica de fundo

Em 2010, Penrose relatou possíveis evidências, com base em círculos concêntricos encontrados nos dados da Sonda de Anisotropia de Microondas Wilkinson do céu cósmico de fundo em microondas , de um universo anterior existente antes do Big Bang de nosso próprio universo presente. Ele menciona essa evidência no epílogo de seu livro Cycles of Time , de 2010 , livro no qual apresenta suas razões, a respeito das equações de campo de Einstein , da curvatura C de Weyl e da hipótese da curvatura de Weyl (WCH), de que a transição no O Big Bang poderia ter sido suave o suficiente para um universo anterior sobreviver a ele. Ele fez várias conjecturas sobre C e a WCH, algumas das quais foram posteriormente comprovadas por outros, e também popularizou sua teoria da cosmologia cíclica conformada (CCC). Nesta teoria, Penrose postula que no final do universo toda a matéria está eventualmente contida em buracos negros que posteriormente evaporam através da radiação Hawking . Nesse ponto, tudo o que está contido no universo consiste em fótons que não "experimentam" o tempo nem o espaço. Essencialmente, não há diferença entre um universo infinitamente grande consistindo apenas de fótons e um universo infinitamente pequeno consistindo apenas de fótons. Portanto, uma singularidade para um Big Bang e um universo infinitamente expandido são equivalentes.

Em termos simples, ele acredita que a singularidade na equação de campo de Einstein no Big Bang é apenas uma singularidade aparente, semelhante à bem conhecida singularidade aparente no horizonte de eventos de um buraco negro . A última singularidade pode ser removida por uma mudança no sistema de coordenadas , e Penrose propõe uma mudança diferente no sistema de coordenadas que removerá a singularidade no big bang. Uma implicação disso é que os principais eventos do Big Bang podem ser compreendidos sem unificar a relatividade geral e a mecânica quântica e, portanto, não somos necessariamente limitados pela equação de Wheeler-DeWitt , que interrompe o tempo. Alternativamente, pode-se usar as equações de Einstein – Maxwell – Dirac.

Física e consciência

Penrose em uma conferência

Penrose escreveu livros sobre a conexão entre a física fundamental e a consciência humana (ou animal). Em The Emperor's New Mind (1989), ele argumenta que as leis conhecidas da física são inadequadas para explicar o fenômeno da consciência. Penrose propõe as características que esta nova física pode ter e especifica os requisitos para uma ponte entre a mecânica clássica e quântica (o que ele chama de gravidade quântica correta ). Penrose usa uma variante do teorema da parada de Turing para demonstrar que um sistema pode ser determinístico sem ser algorítmico . (Por exemplo, imagine um sistema com apenas dois estados, LIGADO e DESLIGADO. Se o estado do sistema for LIGADO quando uma determinada máquina de Turing para e DESLIGADO quando a máquina de Turing não para, então o estado do sistema é completamente determinado pela máquina; no entanto , não há uma maneira algorítmica de determinar se a máquina de Turing para.)

Penrose acredita que tais processos determinísticos, embora não algorítmicos, podem entrar em ação na redução da função de onda da mecânica quântica e podem ser controlados pelo cérebro. Ele argumenta que os computadores hoje são incapazes de ter inteligência porque são sistemas algoritmicamente determinísticos. Ele argumenta contra o ponto de vista de que os processos racionais da mente são completamente algorítmicos e podem, portanto, ser duplicados por um computador suficientemente complexo. Isso contrasta com os defensores da inteligência artificial forte , que afirmam que o pensamento pode ser simulado por meio de algoritmos. Ele baseia isso em afirmações de que a consciência transcende a lógica formal porque coisas como a insolubilidade do problema da parada e o teorema da incompletude de Gödel impedem que um sistema de lógica baseado em algoritmos reproduza características da inteligência humana como o insight matemático. Essas afirmações foram defendidas originalmente pelo filósofo John Lucas, do Merton College , em Oxford .

O argumento de Penrose-Lucas sobre as implicações do teorema da incompletude de Gödel para as teorias computacionais da inteligência humana foi amplamente criticado por matemáticos, cientistas da computação e filósofos, e o consenso entre os especialistas nessas áreas parece ser que o argumento falha, embora diferentes autores possam escolha diferentes aspectos do argumento para atacar. Marvin Minsky , um dos principais defensores da inteligência artificial, foi particularmente crítico, afirmando que Penrose "tenta mostrar, capítulo após capítulo, que o pensamento humano não pode ser baseado em nenhum princípio científico conhecido". A posição de Minsky é exatamente oposta - ele acreditava que os humanos são, na verdade, máquinas, cujo funcionamento, embora complexo, é totalmente explicável pela física atual. Minsky sustentou que "alguém pode levar essa busca [pela explicação científica] longe demais apenas buscando novos princípios básicos em vez de atacar os detalhes reais. Isso é o que vejo na busca de Penrose por um novo princípio básico da física que explicará a consciência. "

Penrose respondeu às críticas de The Emperor's New Mind com seu livro seguinte, Shadows of the Mind , e em 1997 com The Large, the Small and the Human Mind . Nesses trabalhos, ele também combinou suas observações com as do anestesiologista Stuart Hameroff .

Penrose e Hameroff argumentaram que a consciência é o resultado dos efeitos da gravidade quântica nos microtúbulos , que eles apelidaram de Orch-OR (redução objetiva orquestrada). Max Tegmark , em um artigo na Physical Review E , calculou que a escala de tempo de disparo e excitação dos neurônios nos microtúbulos é mais lenta do que o tempo de decoerência por um fator de pelo menos 10.000.000.000. A recepção do artigo é resumida por esta declaração de apoio de Tegmark: "Físicos fora da briga, como John A. Smolin da IBM , dizem que os cálculos confirmam o que eles suspeitavam o tempo todo." Não estamos trabalhando com um cérebro que é próximo do zero absoluto. É razoavelmente improvável que o cérebro tenha desenvolvido um comportamento quântico '". O artigo de Tegmark foi amplamente citado pelos críticos da posição de Penrose-Hameroff.

Em sua resposta ao artigo de Tegmark, também publicado na Physical Review E , os físicos Scott Hagan, Jack Tuszyński e Hameroff afirmaram que Tegmark não abordou o modelo Orch-OR, mas sim um modelo de sua própria construção. Isso envolveu sobreposições de quanta separados por 24 nm, em vez de separações muito menores estipuladas para Orch-OR. Como resultado, o grupo de Hameroff reivindicou um tempo de decoerência sete ordens de magnitude maior do que o de Tegmark, mas ainda bem abaixo dos 25 ms necessários se o processamento quântico na teoria fosse ligado à sincronia gama de 40 Hz, como Orch-OR sugeriu . Para preencher essa lacuna, o grupo fez uma série de propostas. Eles supuseram que o interior dos neurônios poderia alternar entre os estados líquido e gel . No estado de gel, foi ainda hipotetizado que os dipolos elétricos da água são orientados na mesma direção, ao longo da borda externa das subunidades da tubulina dos microtúbulos. Hameroff et al. propôs que esta água ordenada poderia rastrear qualquer coerência quântica dentro da tubulina dos microtúbulos do ambiente do resto do cérebro. Cada tubulina também tem uma cauda que se estende para fora dos microtúbulos, que é carregada negativamente e, portanto, atrai íons carregados positivamente. Sugere-se que isso poderia fornecer uma triagem adicional. Além disso, houve uma sugestão de que os microtúbulos poderiam ser bombeados para um estado coerente por energia bioquímica.

Finalmente, ele sugeriu que a configuração da rede de microtúbulos pode ser adequada para a correção de erros quânticos, um meio de manter a coerência quântica em face da interação ambiental.

Hameroff, em uma palestra em parte de uma série de palestras do Google Tech explorando a biologia quântica , deu uma visão geral da pesquisa atual na área e respondeu às críticas subsequentes ao modelo Orch-OR. Além disso, um artigo de 2011 de Roger Penrose e Stuart Hameroff publicado no Journal of Cosmology oferece um modelo atualizado de sua teoria Orch-OR, à luz das críticas, e discute o lugar da consciência no universo.

Phillip Tetlow, embora apoie os pontos de vista de Penrose, reconhece que as idéias de Penrose sobre o processo de pensamento humano são atualmente uma visão minoritária nos círculos científicos, citando as críticas de Minsky e citando a descrição de Penrose do jornalista científico Charles Seife como "um de um punhado de cientistas "que acreditam que a natureza da consciência sugere um processo quântico.

Em janeiro de 2014, Hameroff e Penrose arriscaram que uma descoberta de vibrações quânticas em microtúbulos por Anirban Bandyopadhyay do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão apóia a hipótese da teoria Orch-OR . Uma versão revisada e atualizada da teoria foi publicada junto com comentários críticos e debate na edição de março de 2014 da Physics of Life Reviews .

Vida pessoal

Vida familiar

Penrose é casado com Vanessa Thomas, diretora de Desenvolvimento Acadêmico da Cokethorpe School e ex-chefe de matemática da Abingdon School , com quem tem um filho. Ele tem três filhos de um casamento anterior com a americana Joan Isabel Penrose (nascida Wedge), com quem se casou em 1959.

Visões religiosas

Durante uma entrevista com a BBC Radio 4 em 25 de setembro de 2010, Penrose declarou: "Eu não sou um crente. Não acredito em religiões estabelecidas de nenhum tipo." Ele se considera um agnóstico. No entanto, no filme de 1991 Uma Breve História do Tempo , ele também disse: "Acho que diria que o universo tem um propósito, não está lá apenas por acaso ... algumas pessoas, eu acho, consideram que o universo é apenas lá e ele continua - é um pouco como se fosse apenas uma espécie de computação, e de alguma forma acidentalmente nos encontramos nesta coisa. Mas eu não acho que essa seja uma maneira muito proveitosa ou útil de olhar para o universo, eu acho que há algo muito mais profundo sobre isso. "

Em uma entrevista no The Jerusalem Post , Penrose afirmou que poderia ser considerado judeu de acordo com as leis religiosas, mas não se identifica como tal. Penrose é um patrono da Humanists UK .

Prêmios e honras

Penrose em uma palestra

Penrose recebeu muitos prêmios por suas contribuições para a ciência. Em 2020, Penrose recebeu metade do Prêmio Nobel de Física pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade, metade indo para Reinhard Genzel e Andrea Ghez pela descoberta de um supermassivo objeto compacto no centro de nossa galáxia.

Em 2017, foi agraciado com a Medalha Commandino da Universidade Urbino por suas contribuições para a história da ciência

Em 2005, Penrose recebeu um doutorado honorário pela Universidade de Varsóvia e Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica), e em 2006 pela Universidade de York . Em 2006, ele também ganhou a Medalha Dirac concedida pela University of New South Wales . Em 2008, Penrose recebeu a Medalha Copley . Ele também é um Distinguished Supporter of Humanists UK e um dos patrocinadores da Oxford University Scientific Society . Em 2011, Penrose recebeu o Prémio Fonseca da Universidade de Santiago de Compostela . Em 2012, Penrose recebeu a Medalha Richard R. Ernst da ETH Zürich por suas contribuições para a ciência e fortalecimento da conexão entre ciência e sociedade. Em 2015 Penrose recebeu um doutorado honorário pelo CINVESTAV-IPN (México).

Em 2004, ele recebeu a Medalha De Morgan por suas contribuições amplas e originais para a física matemática. Para citar a citação da London Mathematical Society :

Seu trabalho profundo sobre a relatividade geral tem sido um fator importante em nossa compreensão dos buracos negros. Seu desenvolvimento da Teoria Twistor produziu uma abordagem bonita e produtiva para as equações clássicas da física matemática. Seus traços do avião são a base dos quase-cristais recém-descobertos.

Em 1971, ele recebeu o Prêmio Dannie Heineman de Astrofísica . Ele foi eleito membro da Royal Society (FRS) em 1972 . Em 1975, Stephen Hawking e Penrose foram agraciados com a Medalha Eddington da Royal Astronomical Society . Em 1985, ele foi premiado com a Royal Society Royal Medal . Junto com Stephen Hawking, ele recebeu o prestigioso Prêmio Wolf Foundation de Física em 1988. Em 1989, ele recebeu a Medalha Dirac e o Prêmio do Instituto Britânico de Física . Em 1990, Penrose foi agraciado com a Medalha Albert Einstein por excelentes trabalhos relacionados ao trabalho de Albert Einstein pela Albert Einstein Society . Em 1991, ele recebeu o Prêmio Naylor da London Mathematical Society . De 1992 a 1995, ele atuou como presidente da Sociedade Internacional de Relatividade Geral e Gravitação . Em 1994, Penrose foi nomeado cavaleiro pelos serviços prestados à ciência. No mesmo ano, ele também foi premiado com um grau honorário (Doutor em Ciências) pela Universidade de Bath e tornou-se membro da Academia Polonesa de Ciências . Em 1998, foi eleito Associado Estrangeiro da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos . Em 2000, foi nomeado para a Ordem do Mérito . Ele foi eleito para a American Philosophical Society em 2011.

Trabalho

Publicações populares

Coautoria

Livros acadêmicos

  • Techniques of Differential Topology in Relativity (1972, ISBN  0-89871-005-7 )
  • Spinors and Space-Time: Volume 1, Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields (com Wolfgang Rindler , 1987) ISBN  0-521-33707-0 (brochura)
  • Spinors and Space-Time: Volume 2, Spinor and Twistor Methods in Space-Time Geometry (com Wolfgang Rindler, 1988) (reimpressão), ISBN  0-521-34786-6 (brochura)

Prefácio para outros livros

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional

  • Ferguson, Kitty (1991). Stephen Hawking: Busca por uma teoria de tudo . Franklin Watts. ISBN  0-553-29895-X .
  • Misner, Charles; Thorne, Kip S. & Wheeler, John Archibald (1973). Gravitação . São Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-0344-0.(Ver Box 34.2 .)

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