Роджер Пенроуз

Роджер Пенроуз — один из тех физиков-теоретиков, чьи идеи выходят далеко за пределы лабораторий и уравнений. Он получил Нобелевскую премию за доказательство того, что чёрные дыры неизбежно возникают в рамках общей теории относительности, но для широкой публики он не в меньшей степени известен как создатель математической мозаики, которую можно бесконечно складывать из двух простых плиток, и как автор книг о природе сознания, которые читают далеко за пределами научного сообщества.

Пенроуз родился 8 августа 1931 года в английском Колчестере в семье, где наука была семейным делом: отец — психиатр и медицинский генетик, мать — врач, брат Оливер стал физиком, а сестра Ширли — онкогенетиком. Интерес к математике, особенно к геометрии, привили родители, и он оказался сильнее семейной медицинской традиции, к огорчению отца и матери.

Дорога к сингулярности

Путь в большую науку начался с математики: степень бакалавра в Университетском колледже Лондона, затем Кембридж, где Пенроуз защитил диссертацию по алгебраической геометрии. Но решающее влияние оказали курсы, которые он посещал по совету — лекции Германа Бонди по общей теории относительности и курс квантовой механики Поля Дирака. Они перевернули его научные интересы.

В 1965 году, работая в Кембридже, Пенроуз сделал прорыв: он математически показал, что сингулярности — точки, где искривление пространства-времени становится бесконечным, — неизбежно образуются при гравитационном коллапсе массивных звёзд. Это был не просто теоретический курьёз, а фундаментальное следствие общей теории относительности. Именно эта работа, подтверждённая десятилетиями наблюдений, принесла ему Нобелевскую премию по физике в 2020 году — через 55 лет после публикации.

Гипотеза космической цензуры

Открытие сингулярностей поставило неудобный вопрос: если в центре чёрной дыры законы физики перестают работать, означает ли это, что вселенная полна непредсказуемости? Пенроуз ответил на это в 1969 году гипотезой космической цензуры. Он предположил, что природа «прячет» сингулярности за горизонтами событий чёрных дыр, не позволяя их хаосу влиять на остальную вселенную. Позже он уточнил идею, разделив её на слабую и сильную формы.

Дополнил картину его собственный вклад в понимание того, как устроено пространство-время. В 1971 году он изобрёл спиновые сети — математический аппарат, который десятилетия спустя стал основой петлевой квантовой гравитации, одного из главных подходов к объединению квантовой механики и гравитации.

Мозаика, которая оказалась кристаллом

В 1974 году Пенроуз создал то, что сделало его имя известным каждому, кто хоть раз интересовался занимательной математикой: набор из двух плиток, которыми можно замостить бесконечную плоскость без единого повторяющегося узора. Долгое время это считалось красивым математическим курьёзом. Но в 1984 году подобные непериодические структуры обнаружили в расположении атомов реальных квазикристаллов — нового класса материалов, за открытие которых позже дали Нобелевскую премию по химии.

Спор о сознании

В 1989 году вышла книга «Новый ум короля», в которой Пенроуз бросил вызов сторонникам сильного искусственного интеллекта. Его тезис: человеческое сознание и понимание математики не могут быть воспроизведены вычислениями, потому что в их основе лежат неалгоритмические процессы. В 1990-х годах вместе с анестезиологом Стюартом Хамероффом он развил эту идею в теорию «Orch OR» — согласно ей, активность мозга существенно квантовая, а коллапс волновой функции в микротрубочках нейронов управляется особым образом. Теория вызывала ожесточённые споры среди нейробиологов, и Пенроуз продолжал её отстаивать.

В 2004 году он выпустил «Путь к реальности» — 1099-страничный обзор всей физики, от классической механики до квантовой гравитации, написанный для подготовленного читателя. Книга стала событием и разошлась огромными тиражами.

Признание и титулы

Пенроуз — обладатель едва ли не полного набора высших научных наград: премии Вольфа (1988, совместно со Стивеном Хокингом), медали Копли (2008), Нобелевской премии (2020). В 1994 году за заслуги перед наукой он получил рыцарский титул. С 1973 по 1998 год он занимал кресло Роузболловского профессора математики в Оксфорде, а затем остался там же эмеритом.

Вопросы о Пенроузе

Правда ли, что Пенроуз разделил Нобелевскую премию со Стивеном Хокингом?

Нет. Премию 2020 года Пенроуз получил один, за свою работу 1965 года. Но он действительно делил с Хокингом другие награды — премию Вольфа (1988) и медаль Эддингтона (1975).

Что такое мозаика Пенроуза?

Это способ замостить плоскость всего двумя видами плиток, при котором узор никогда не повторяется. В 1984 году такие структуры нашли в реальных квазикристаллах.

Что такое теория «Orch OR»?

Совместная теория Пенроуза и Стюарта Хамероффа, согласно которой сознание возникает из квантовых процессов в микротрубочках нейронов. Теория оставалась спорной и не была подтверждена экспериментально.