Roger Penrose

Roger Penrose

Sir Roger Penrose OM (* 8. August 1931 in Colchester, Essex) ist ein englischer Mathematiker und theoretischer Physiker, dessen Arbeiten auf den Gebieten der mathematischen Physik und der Kosmologie hoch geachtet sind. Er hat sich auch in zahlreichen populärwissenschaftlichen Büchern zu Themen der Philosophie geäußert.

Leben

Roger Penrose ist der Sohn des medizinischen Genetikers Lionel Penrose (Begründer des Colchester Surveys zur Aufdeckung genetischer bzw. Umwelt-Ursachen von geistigen Erkrankungen) und von Margaret Leathes, einer Ärztin. Er ist Bruder des Physikers Oliver Penrose (* 1929) und des zehnfachen (1958–1969) britischen Schachmeisters und Psychologen Jonathan Penrose (* 1933). Sein Vater wanderte 1939 nach London in Ontario, Kanada, aus (er war dort Direktor der psychiatrischen Klinik am Hospital), wo Penrose die Schule besuchte. 1945 kehrte die Familie nach England zurück, und Penrose besuchte das University College in London, wo sein Vater Professor für Genetik war. Nach dem Bachelor wechselte er an die Universität Cambridge, um in algebraischer Geometrie bei William Vallance Douglas Hodge zu arbeiten, wechselte dann aber zu John Arthur Todd, bei dem er 1957 promovierte. Daneben hörte er auch Physik-Kurse bei Paul Dirac und Hermann Bondi und wurde außerdem stark durch den Kosmologen Dennis Sciama beeinflusst. 1956/57 war er Assistenzprofessor am Bedford College, wechselte danach als Research Fellow an das St. John's College in Cambridge. 1959–1961 war er in den USA an der Princeton University und an der Syracuse University, danach 1961–1963 am King's College in Cambridge und 1963/4 als Gastprofessor an der University of Texas at Austin. 1964 wurde er Dozent am Birkbeck College in London und 1966 dort Professor für angewandte Mathematik. 1973 wurde er Rouse Ball Professor an der Oxford University. Von 1992 bis 1995 war Roger Penrose Präsident der International Society on General Relativity and Gravitation. 1998 emeritierte er und wurde Geometrie-Professor am Gresham College in London.

Öffentlichkeit

In der Öffentlichkeit ist Penrose durch seine populärwissenschaftlichen Arbeiten bekannt: In mehreren Büchern (Computerdenken^[1], Schatten des Geistes^[2], Das Große, das Kleine und der menschliche Geist^[3]) setzt er sich mathematisch-physikalisch mit Problemen des Bewusstseins und der künstlichen Intelligenz auseinander.

Leistungen

Physik

Seine wichtigste Entdeckung sind wohl die sogenannten Spin-Netzwerke, aus denen später die Theorie der Loop-Quantengravitation und die Twistor-Theorie entwickelt wurde. Insbesondere der Ausbau der Twistor-Theorie, die er begründete, war ihm eines der Hauptanliegen in seiner Wissenschaftler-Karriere. Eine weitere grundlegende Erkenntnis in der Kosmologie geht auf ihn und Stephen Hawking zurück: der Satz von Hawking-Penrose, nach dem es keine Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen ohne Singularitäten (z. B. Urknall oder Schwarze Löcher) gibt. Schließlich machte Penrose 1979 mit der Weylkrümmungshypothese auch einen Vorschlag, wie der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik in der Kosmologie verwurzelt sein könnte, und wie somit einerseits der kosmologische Zeitpfeil, andererseits die beeindruckende beobachtete räumliche Homogenität und Isotropie des Universums erklärt werden könnte. Im Zusammenhang mit der allgemeinen Relativitätstheorie entwickelte er auch das Penrose-Diagramm, mit dem man die globale Struktur einer Raumzeit graphisch darstellen kann.

Penrose fordert die Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation unter Berücksichtigung einer gewissen Nichtberechenbarkeit in der Welt der Quantenphänomene bzw. deren Deutungen und der Integration der Prinzipien der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins. Diese neue Physik nennt er OR-Physik.

Mathematik

Umsetzung der 5-fachen symmetrischen Kachelstruktur von Roger Penrose

Penta Plexity

Penrose entdeckte 1974 mehrere zueinander verwandte kleine nicht-periodische Mengen von Kacheln, insbesondere auch mehrere aperiodische Paare. Mit diesen Kacheln (genauer: mit zu ihnen kongruenten Kopien) kann die Ebene parkettiert werden, aber keine dieser Parkettierungen ist periodisch (das heißt wiederholt sich auf exakt dieselbe Weise). Sie besitzen aber stets eine gewisse Ordnung und sind fünfzählig (dreh-)symmetrisch. Sie werden daher quasiperiodisch genannt. Diese Penrose-Parkettierungen sind aus einer hierarchisch strukturierten Packung regelmäßiger Fünfecke (s. u.) abgeleitet. Eine Penrose-Pflasterung befindet sich im Eingangsbereich des Matheturms der TU Dortmund. 1984 wurden ähnliche Strukturen bei Quasikristallen gefunden.

Roger Penrose hat unter anderem das Penrose-Dreieck, ein Dreieck mit drei aufeinander stehenden rechten Winkeln, erfunden. Die Konstruktion, die in der Realität nicht möglich ist, hat den niederländischen Grafiker M. C. Escher zu den Bildern Wasserfall und Belvedere animiert.

In der Mathematik wird Schönheit oft mit Einfachheit in Verbindung gebracht. Penrose kommt hier zu dem Ergebnis, dass in der Mathematik nicht Einfachheit als solche schön ist, sondern vor allem unerwartete Einfachheit.^[4]

1955 entdeckte er noch als Student die Penrose-Inversen von Matrizen.

Physik und Bewusstsein

Wie auch Stuart Hameroff auf der Suche nach „einer physikalischen Heimat für Bewusstsein“, schlägt er ein – kontrovers diskutiertes – Modell vor, nach dem dieses im Wesentlichen auf derzeit im Einzelnen noch unbekannten quantenmechanischen Effekten wie EPR-Phänomenen, Quantenverschränkung oder Quanten-Nichtlokalität und Quantenkohärenz beruht, die er in den Mikrotubuli des Zellskelletts und der Schnittstelle mit dem Neuron lokalisiert.

Nach dieser Theorie führen subtile physikalische Prozesse auf Nanometerskala (10^-9 m) im Grenzgebiet zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik in einem hochentwickelten Nervensystem zu dem, was wir „Geist“ und „Bewusstsein“ nennen. Von anderen Quantenphysikern, Neurobiologen und Philosophen, wie Metzinger, Roth oder Koch, wird das Hameroff-Penrose-Modell allerdings abgelehnt.

Auszeichnungen

• 1971 Dannie-Heineman-Preis
• 1972 Fellow der Royal Society
• 1975 Eddington-Medaille
• 1978 Plenarvortrag auf dem Internationalen Mathematikerkongress in Helsinki (The complex geometry of the natural world)
• 1985 Royal Medal der Royal Society
• 1988 Wolf-Preis für Physik
• 1990 Albert-Einstein-Medaille
• 1998 Mitglied der National Academy of Sciences der USA
• 1998 Helmholtz-Medaille der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften
• 2000 Karl-Schwarzschild-Medaille der Astronomischen Gesellschaft
• 2000 Order of Merit
• 2004 De-Morgan-Medaille
• 2008 Copley-Medaille

Siehe auch

• Penrose-Prozess
• Die dritte Kultur

Veröffentlichungen (Auswahl)

• Tensor methods in algebraic geometry. University of Cambridge 1956. (Dissertation)
• Geometrical algebras: A new approach to invariant theory. Bedford College, London 1957. (Dissertation)
• mit Wolfgang Rindler: Spinors and space-time. Volume 1: Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge University Press, ISBN 0-521-33707-0
• mit Wolfgang Rindler: Spinors and space-time. Volume 2: Spinor and Twistor Methods in Space Time Geometry. Cambridge Monographs on Mathematical Physics. Cambridge University Press, ISBN 0-521-34786-6
• The Emperor's New Mind. Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics. Oxford University Press, 1989, ISBN 0-14-014534-6
  • dt. Ausgabe: Computerdenken. Des Kaisers neue Kleider oder Die Debatte um Künstliche Intelligenz, Bewusstsein und die Gesetze der Natur. Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg 1991, ISBN 3-8274-1332-X
• Shadows of the Mind. A Search for the Missing Science of Consciousness. Oxford University Press, 1994, ISBN 0-19-853978-9
  • dt. Ausgabe: Schatten des Geistes. Wege zu einer neuen Physik des Bewusstseins. Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford 1995, ISBN 3-86025-260-7
• mit Stephen Hawking: The Nature of Space and Time. University Press, 1996, ISBN 0-691-03791-4
  • dt. Ausgabe: Raum und Zeit. Rowohlt, Reinbek 1998, ISBN 3-498-02934-7
  • Hawkings Teil des Buches ist frei erhältlich unter: http://arxiv.org/abs/hep-th/9409195
• The Large, the Small and the Human Mind. Cambridge University Press, 1997, ISBN 0-521-56330-5
  • dt. Ausgabe: Das Große, das Kleine und der menschliche Geist. Spektrum, Heidelberg/Berlin 2002
• Quantum computation, entanglement and state reduction. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, 356, 1998, pp. 1927–1939
• The Road to Reality. A Complete Guide to the Laws of the Universe. Jonathan Cape, London 2004, ISBN 0-224-04447-8
• Cycles of time, Bodley Head 2010, ISBN 978-0224080361

Einzelnachweise

1. ↑ Roger Penrose: Computerdenken: Die Debatte um Künstliche Intelligenz, Bewusstsein und die Gesetze der Physik. Spektrum Akademischer Verlag, 2001, ISBN 382741332X.
2. ↑ Roger Penrose: Schatten des Geistes. Spektrum Verlag, 1995, ISBN 3860252607.
3. ↑ Roger Penrose, Abner Shimony, Nancy Cartwright, Stephen W. Hawking: Das Große, das Kleine und der menschliche Geist. Spektrum Akademischer Verlag, 2002, ISBN 3827413311.
4. ↑ Roger Penrose. The Role of Aesthetics in Pure and Applied Mathematical Research. Bull.Inst.Math.Appl., vol.10, p.266−271, 1974.

Weblinks

•  Commons: Roger Penrose – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
•  Wikiquote: Roger Penrose – Zitate
• Literatur von und über Roger Penrose im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Roger Penrose. In: MacTutor History of Mathematics archive (englisch)
• Penrose tiling
• Science and the Mind Audio-Vortrag von Roger Penrose zum Orch OR Modell des Bewusstseins (englisch)

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