你好，這里是百利留學(xué)聲，我是為你帶來100位諾獎(jiǎng)得主傳奇故事的Yoyo老師。 今天為你介紹的是2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主羅杰·彭羅斯。彭羅斯教授之所以能成功，是因?yàn)樗麚碛袛?shù)學(xué)家的“獨(dú)門絕技”——拓?fù)鋵W(xué)。接下來我們一起看一看彭羅斯教授的成長和研究經(jīng)歷，他是怎么對數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣，又怎么將數(shù)學(xué)應(yīng)用到物理學(xué)研究中的。 羅杰·彭羅斯的母親是醫(yī)生，父親是遺傳學(xué)家和精神病學(xué)家。受荷蘭板著名畫家艾舍爾的的藝術(shù)作品啟發(fā)，彭羅斯和他的父親一起發(fā)明了彭羅斯三角、彭羅斯階梯等整體上不可能的圖形。這些圖形又反過來又啟發(fā)了艾舍爾創(chuàng)作出更多令人驚嘆的作品，將藝術(shù)與數(shù)學(xué)完美融合。 起初，父母希望彭羅斯能跟他們一樣從事醫(yī)學(xué)或生物學(xué)，但彭羅斯對這些都不感興趣，他決定去倫敦大學(xué)學(xué)院學(xué)數(shù)學(xué)。對此，彭羅斯的父親非常反對，他認(rèn)為數(shù)學(xué)職業(yè)只適合那些做不了其他事情的人。于是，他請來了倫敦大學(xué)學(xué)院的數(shù)學(xué)家，給兒子安排了一個(gè)包含12道難題的測試，這位數(shù)學(xué)家以為彭羅斯可能只做得出來一兩道題。但令人沒想到的是，彭羅斯在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)竟然做出了所有的題目。父親這才同意彭羅斯去學(xué)數(shù)學(xué)。 在大學(xué)里，彭羅斯對純數(shù)的興趣越來越深。而對物理學(xué)的興趣和關(guān)注，要等到1952年，那時(shí)的他在讀大四，偶然聽到收音機(jī)里，英國著名天文學(xué)家霍伊爾教授在講有關(guān)穩(wěn)恒態(tài)宇宙學(xué)的科普報(bào)告。彭羅斯對這個(gè)內(nèi)容很感興趣，但對其中一個(gè)細(xì)節(jié)問題感到迷惑，于是他嘗試用數(shù)學(xué)來弄清這個(gè)迷惑的問題，并用時(shí)空圖證明了霍伊爾有錯(cuò)。這樣的跨學(xué)科探究讓彭羅斯對物理學(xué)領(lǐng)域越來越著迷。 本科畢業(yè)后，彭羅斯去劍橋大學(xué)讀純數(shù)博士，主要研究代數(shù)幾何，同時(shí)，他對物理的興趣也驅(qū)動著他。比如，他思考了很多關(guān)于奇點(diǎn)能否在恒星塌縮的各種現(xiàn)實(shí)情況下產(chǎn)生的問題，后來他用拓?fù)浞椒ㄗC明了奇點(diǎn)定理，表明黑洞在致密區(qū)域很容易產(chǎn)生。1965年，他以著名論文《引力坍塌和時(shí)空奇點(diǎn)》為代表的一系列論文，和著名數(shù)學(xué)物理學(xué)家斯蒂芬.霍金一起創(chuàng)立了現(xiàn)代宇宙論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)理論。 彭羅斯的工作不僅結(jié)果上有重要意義，在方法上也影響深遠(yuǎn)。彭羅斯作為數(shù)學(xué)家出身，在他1965年關(guān)于奇點(diǎn)定理的論文中，首次將整體微分幾何引入廣義相對論的研究之中，開啟了后來幾十年利用整體微分幾何研究廣義相對論的潮流，并且催生了一系列重要結(jié)果。至今，這種從數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)研究理論物理的方法仍然具有重要的地位。 因此，彭羅斯之所以成功，是因?yàn)樗鳛閿?shù)學(xué)家，擁有在這個(gè)領(lǐng)域中，其他人都沒有的“獨(dú)門絕技”——拓?fù)鋵W(xué)。當(dāng)時(shí)物理學(xué)家的數(shù)學(xué)訓(xùn)練中還沒有拓?fù)鋵W(xué)。這讓我想到，電影《奧本海默》中愛因斯坦對來求助他進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算的奧本海默所說的話“你我唯一的共同點(diǎn)就是輕視了對于數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)”?？磥頂?shù)學(xué)對物理學(xué)來說，的確非常重要。 好的，以上就是今天節(jié)目的全部內(nèi)容。明天的留學(xué)聲我會繼續(xù)為你介紹彭羅斯的故事。感謝你的聆聽，我們明天見！