罗杰·彭罗斯（Roger Penrose，1931年8月8日—），爵士，出生于英国科尔切斯特，英国数学物理学家、哲学家，诺贝尔物理学奖得奖者，英国皇家学会院士，牛津大学劳斯·鲍尔数学系荣休教授。罗杰·彭罗斯于1952年获得伦敦大学学院数学一等学位，1957年获得剑桥大学几何数学博士学位。在英美工作数年后，于1964年至1973年在伦敦大学伯贝克学院任教。1972年当选英国皇家学会院士。1973年至1998年任牛津大学劳斯·鲍尔数学系教授。1983年至1987年任职于莱斯大学。1994年被英国女王授予骑士爵位。1998年退休，成为牛津大学劳斯·鲍尔数学系荣休教授，同年被选为美国国家科学院外籍院士。2000年被英国女王授予功绩勋章，被封为爵士。2008年获得科普利奖章。2020年获得诺贝尔物理学奖。罗杰·彭罗斯主要从事于广义相对论、量子力学等数学物理领域的研究工作，也涉及了科学哲学以及科普相关的工作。他在黑洞奇点方面的研究为人所知，此外他还提出了扭量理论、宇宙监督假设、彭罗斯镶嵌等理论。

中文名：罗杰·彭罗斯

外文名：Roger Penrose

国籍：英国

出生地：英国埃塞克斯州

出生日期：1931年8月8日

毕业院校：伦敦大学学院、剑桥大学

职业：教育科研工作者

代表作品：皇帝新脑、时空本性、通向实在之路

主要成就：1972年当选英国皇家学会院士1985年被授予伦敦皇家学会皇家奖1988年获得沃尔夫物理奖1998年被选为美国国家科学院外籍院士2000年被英国皇室授予功绩勋章展开主要成就1972年当选英国皇家学会院士1985年被授予伦敦皇家学会皇家奖1988年获得沃尔夫物理奖1998年被选为美国国家科学院外籍院士2000年被英国皇室授予功绩勋章2008年获得科普利奖章2020年获得诺贝尔物理学奖

收起

学位：博士

罗杰·彭罗斯

1931年，罗杰·彭罗斯出生于英国科尔切斯特。由于第二次世界大战爆发，彭罗斯在加拿大度过了童年 。

1945年，二战结束，跟随家人返回英国，在英国大学学院学校（University College School）读书，在毕业后进入了伦敦大学学院就读 。

1952年，获得伦敦大学学院数学一等学位，并进入剑桥大学圣约翰学院进修 。在剑桥大学就读期间，他曾在伦敦的国家研究发展公司（NRDC）兼职，又伦敦贝德福德学院任教了一段时间 。

1957年，获得剑桥大学几何数学博士学位，毕业后以A级研究员在圣约翰学院任职三年。离开圣约翰学院后，他先后担任了普林斯顿大学和雪城大学的北约研究员、伦敦国王学院的研究员、德克萨斯大学的客座副教授 。

1964年，以准教授身份在伦敦大学伯贝克学院任教，于1966年升为应用数学教授，直至1973年 。

1972年，当选英国皇家学会院士 。

1973年至1998年，任牛津大学劳斯·鲍尔数学系教授以及瓦德汉学院的院士 。

1983年至1987年，受莱斯大学教务长比尔·戈登（Bill Gordon）邀请在该大学任教 。

1994年，被英国女王伊丽莎白二世授予骑士爵位 。

1998年，退休，成为牛津大学劳斯·鲍尔数学系荣休教授 ，同年被选为美国国家科学院外籍院士 。

2000年，被英国女王授予功绩勋章，被封为爵士 。

2008年，被英国皇家学会授予科普利奖章 。

2020年，因证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果而获得诺贝尔物理学奖 。

获得诺贝尔物理学奖奖章

科研成就

科研综述

罗杰·彭罗斯

20世纪50年代，罗杰·彭罗斯独立发现并描述了一种矩阵的广义逆运算，它后来也被称为穆尔-彭罗斯广义逆矩阵。同样在50年代，罗杰还和父亲共同设计出了“不可能实现的图形”，如“彭罗斯三角”“彭罗斯阶梯”。1958年，彭罗斯的兴趣也逐渐从纯数学领域发展到了宇宙学的范畴。几年后，在对黑洞形成的问题苦苦思索很久后，罗杰想到了一个被他称为俘获面的想法，这成了他证明奇点定理的核心概念。

随后，他又与霍金合作，彭罗斯-霍金奇点定理由此诞生。他们证明了，在遥远的过去，宇宙必定始于一个无限小的奇点，这与当时的观测相符。在奇点上，所有已知的物理定律都将崩塌。正是这一系列研究，在2020年为他带来了诺贝尔物理学奖的荣誉。

20世纪70年代，彭罗斯以正五边形为基础，设计出了一种瓷砖图案——仅通过两种不同的形状，就能构造出一个能实现五重对称，能无限延续下去且不会自我重复的图案。1971年，彭罗斯发明的自旋网络成为后人发展圈量子引力的几何基础。后来，他的思考范围甚至延伸至量子生物学等领域。80年代，他曾提出了生物中微管蛋白质对量子效应的应用，并认为这背后可能藏着人类意识的奥秘。

彭罗斯与霍金

奇点定理

球对称的恒星塌缩为时空奇点示意图及其点电荷周围的电场强度分布

1965年彭罗斯给出了第一个奇异性定理（也称为奇点定理） 的证明。它首次在不依赖对称性的情况下证明了：只要时空中的物质是由一些“正常”的物质构成，并且时空满足一些基本的性质，那么时空的奇点是普遍存在，是不可避免地。在证明奇异性定理的过程中，彭罗斯引入了现代广义相对论研究中的许多重要概念，比如时空的奇异性、俘获面、柯西面和时空的整体双曲性等数学概念；并进一步发展了在描述时空整体因果结构极为有用的“彭罗斯图”。这些数学概念与工具的发明极大地澄清了广义相对论中的许多内容，奠定了广义相对论中关于奇异性研究的基调，并在当代已经成为研究广义相对论的标准语言。彭罗斯的这一篇开创性工作一经问世就迅速地吸引了许多物理学家的注意，这其中最为突出的就是霍金。实际上1965年的文章只是彭罗斯一系列关于奇点定理的文章的开篇。在其后的系列研究工作中，彭罗斯和霍金合作对彭罗斯1965年的结果进行了推广，并应用到宇宙学中证明了大爆炸奇点的普遍存在性。至此彭罗斯和霍金等人彻底地回答了广义相对论中奇点的存在性问题：对球对称性的偏离并不能有效地克服奇点的产生，奇点的形成在广义相对论中几乎是不可避免的。

宇宙监督假设

史瓦西黑洞的彭罗斯图，视界将奇点和外部时空隔绝开来

在1968年到1969年间，彭罗斯提出了弱宇宙监督假设：奇点总是被一个称为“黑洞事件视界”的表面所包裹，因此不再裸露，遥远的观测者不再受其影响。 对于已发现的大部分精确解，彭罗斯的弱宇宙监督假设都能被满足。

奇点的存在使得人们无法有效地预言时空中物理现象的演化。广义相对论的一个重要物理意义就在于它能够计算并且预言时空的演化，但是奇点的出现破坏了这种可预言性。这对于广义相对论来说是一个致命的挑战。为此彭罗斯提出了一个强宇宙监督假设：物理的时空都是可预测的。彭罗斯的工作表明奇点在经典广义相对论中是不可避免的，为了使视界内的观测者也无法观测到奇点，这就要求奇点必须是类空的。

扭量理论

为了理解量子引力，彭罗斯在20世纪60年代提出的激进想法。在彭罗斯的扭量理论中，几何中的点被扭量所取代，其实体类似于一种可拉伸的线。在这个扭量空间内，彭罗斯发现了一种可以高效描述以光速行进的场（如电磁场和引力场）的方法。但现实空间包括多种类型的不同的场，任何理论都需要够解释不同场之间的相互作用，例如电荷间的电荷力，或是在更复杂的广义相对论中由于场本身的能量所产生的引力。然而，包括广义相对论中的相互作用已被证明是一项艰巨的任务。

彭罗斯阶梯

彭罗斯阶梯

20世纪50年代，罗杰·彭罗斯和父亲设计了多种“不可能存在”图形并进行了推广，他们于1958年2月把这个作品发表在《英国心理学杂志》上。自此，后续的学者将其命名为彭罗斯阶梯（Penrose Stairs）。彭罗斯阶梯的创作也受到了荷兰画家埃舍尔（Escher）的一些“不可能存在的画作”的启发。

彭罗斯镶嵌

彭罗斯镶嵌

1973年，罗杰·彭罗斯提出了一种具有五次旋转对称的拼图。正五边形可以分割为六个小的正五边形和五个三角形，而对小五边形进行再分割后，就产生了一个五角星形和一个类似帆船的形状。这4种形状以不规则、非周期的方式延展，只利用这4个形状，就能对平面进行密铺，而不存在一个可重复的单元形。这就是非周期性的镶嵌图案。随即，这种密铺图案被命名为P1型彭罗斯镶嵌。

第二年，彭罗斯又对这些形状进行修改，他将一个菱形分割成两部分，他运用这分离的两部分，创造出了一种新型的拼接方式。这两种图案分别形象地被称为“风筝”和“飞镖”。这便是P2型彭罗斯镶嵌。

彭罗斯创造出的第三种非周期平面图形密铺方案（P3型彭罗斯镶嵌）是由一个36度、72度菱形和一个72度、108度菱形构成的。这三种镶嵌方式本质上都是五重旋转，只是表现形式不同。

科普著作

时间

名称

备注

1989年

《皇帝新脑》

人工智能科普读物

1994年

《意识的阴影》（Shadows of the Mind）

人工智能科普读物，《皇帝新脑》的续集

1996年

《时空本性》

与斯蒂芬·霍金合著

1997年

《宇宙、量子和人类心灵》

与艾伯纳·西蒙尼、南希·卡特赖特、斯蒂芬·霍金合著

1999年

《White Mars: The Mind Set Free》

与布里安·阿尔迪斯合著

2004年

《通向实在之路》

2010年

《宇宙的轮回》

2016年

《新物理狂想曲》

学术著作

时间

名称

1972年

《相对论中的微分拓扑技术》（Techniques of Differential Topology in Relativity）

1984年

《旋量与时空（第1卷）》

1988年

《旋量与时空（第2卷）》

参考资料

人才培养

根据2023年12月数学谱系项目网站数据，罗杰·彭罗斯先后指导了35名学生，具体信息如下：

时间

姓名

学校

1969年

胡尔希德·阿拉姆·坎（Khursheed Alam Khan）

伦敦大学伯贝克学院

1969年

马丁·安东尼·沃克（Martin Antony Walker）

帝国理工学院、伦敦大学伯贝克学院

1971年

阿斯加尔·卡迪尔（Asghar Qadir）

1972年

蒂姆·波斯顿（Tim Poston）

华威大学

1975年

A·J·戈达德（A. J. Goddard）

牛津大学

1975年

安德鲁·霍奇斯（Andrew Philip Hodges）

伦敦大学

1975年

阿瑟·加里·里曼（Arthur Gary Ryman）

牛津大学

1975年

乔治·A·J·斯帕林（George A. J. Sparling）

伦敦大学伯贝克学院

1975年

K·保罗·托德（Kenneth Paul Tod）

牛津大学

1976年

莱恩·帕尔默·休斯顿（Lane Palmer Hughston）

牛津大学

1976年

约翰·麦克纳马拉（John M. McNamara）

牛津大学

1977年

理查德·塞缪尔·沃德（Richard Samuel Ward）

牛津大学

1979年

迈克尔·C·谢泼德（Michael C. Sheppard）

牛津大学

1980年

马修·L·金斯堡（Matthew L. Ginsberg）

牛津大学

1980年

斯蒂芬·A·赫格特（Stephen A. Huggett）

牛津大学

1980年

克劳德·莱布伦（Claude R. LeBrun）

牛津大学

1981年

理查德·乔萨（Richard Jozsa）

牛津大学

1981年

罗斯·摩尔（Ross Moore）

牛津大学

1981年

亚历山大·波波维奇（Alexander S. Popovic）

牛津大学

1982年

托比·N·贝利（Toby N. Bailey）

牛津大学

1982年

乔治·伯内特-斯图尔特（George Burnett-Stuart）

牛津大学

1982年

托马斯·R·赫德（Thomas R. Hurd）

牛津大学

1983年

彼得·R·劳（Peter R. Law）

牛津大学

1983年

约翰·P·穆苏里斯（John P. Moussouris）

牛津大学

1984年

B·P·杰弗里斯（B. P. Jeffryes）

牛津大学

1984年

菲利普·埃德温·琼斯（Phillip Edwin Jones）

牛津大学

1984年

威廉·桑顿·肖（William Thornton Shaw）

牛津大学

1985年

罗伯特·詹姆斯·巴斯顿（Robert James Baston）

牛津大学

1986年

亚当·D·赫尔弗（Adam D. Helfer）

牛津大学

1986年

特里斯坦·尼达姆（Tristan Needham）

牛津大学

1986年

亚历山大·迈克尔·彼拉多（Alejandro Miguel Pilato）

牛津大学

1987年

迈克尔·A·辛格（Michael A. Singer）

牛津大学

1988年

罗伯特·J·洛（Robert J. Low）

牛津大学

1992年

克劳斯·G·普尔弗勒（Klaus G. Pulverer）

牛津大学

2010年

西蒙·威廉姆斯（Simon Williams）

牛津大学

参考资料

荣誉表彰

时间

奖项

授予方

1971年

丹尼·海涅曼天体物理学奖（Dannie Heineman Prize for Astrophysics）

美国天文学会、美国物理研究所

1972年

英国皇家学会院士

英国皇家学会

1975年

爱丁顿奖章（Eddington Medal）

英国皇家天文学会

1985年

皇家奖章

英国皇家学会

1988年

沃尔夫物理学奖

以色列沃尔夫基金会

1989年

狄拉克奖章和奖金（Dirac Medal and Prize）

英国物理学会

1990年

阿尔伯特·爱因斯坦奖章（Albert Einstein Medal）

阿尔伯特·爱因斯坦学会

1991年

内勒应用数学奖

伦敦数学会

1994年

下级勋位爵士

英国皇室

1994年

巴斯大学荣誉博士

巴斯大学

1994年

波兰科学院外籍院士

波兰科学院

1998年

美国国家科学院外籍院士

美国国家科学院

2000年

英国功绩勋章

英国皇室

2004年

德·摩根奖章

伦敦数学会

2005年

华沙大学荣誉博士

华沙大学

2005年

鲁汶大学荣誉博士

鲁汶大学

2006年

约克大学荣誉博士

约克大学

2006年

狄拉克奖章（Dirac Medal）

新南威尔士大学

2008年

科普利奖章

英国皇家学会

2011年

Fonseca Prize

圣地亚哥德孔波斯特拉大学

2012年

理查德·恩斯特奖章（Richard R. Ernst Medal）

苏黎世联邦理工学院

2015年

墨西哥国立理工大学高级研究中心名誉博士

墨西哥国立理工大学高级研究中心

2017年

指挥官奖章（Commandino Medal）

乌尔比诺大学

2020年

诺贝尔物理学奖

瑞典皇家科学院

英国物理学会荣誉院士

英国物理学会

时间

职务

1992年至1995年

国际广义相对论和引力学会（International Society on General Relativity and Gravitation）主席

2011年起

美国哲学学会会员

宇宙学哲学研究平台（Research Platform on Philosophy of Cosmology）创立者之一

家世背景

罗杰·彭罗斯具有部分俄国犹太人血统，他的近亲中有很多杰出的科学家、艺术家，甚至还有国际象棋大师 。

莱昂内尔·彭罗斯

罗杰·彭罗斯的父亲莱昂内尔·彭罗斯是英国遗传学专家、精神病学专家、儿科医生、数学家，1960年拉斯克医学奖得主。莱昂内尔·彭罗斯在艺术方面也颇有造诣，比如国际象棋、音乐和绘画等。他还是第二次世界大战后英国医学遗传学的核心人物。母亲玛格丽特·利斯学术成就方面的公开资料不多。罗杰·彭罗斯的继父麦克斯·纽曼是英国数学家、密码学家，发明了世界上第一台可工作的电子储存程序电子计算机，也是阿兰·图灵的老师。在1973年，纽曼教授的发妻去世后，时年76岁的他与玛格丽特·利斯（莱昂内尔·彭罗斯在一年前去世）结为夫妻。

莱昂内尔·彭罗斯有四个儿女，罗杰·彭罗斯家中排行第二。罗杰·彭罗斯的哥哥奥利弗·彭罗斯是爱丁堡赫瑞瓦特大学的数学教授，以非对角长程序的概念而闻名，是理解超流体和超导体的核心。弟弟乔纳森·彭罗斯是英国国际象棋大师，17岁时就初露锋芒，被认为是英国顶级象棋选手，在1958年至1969年间赢得了10次英国国际象棋锦标赛冠军。1993年，他被国际棋联授予特级大师称号。此外，乔纳森·彭罗斯还是一位心理学家，大学讲师，拥有博士学位。妹妹婚后改了夫姓，名叫雪莉·霍奇森，她是英国医学科学家、遗传学家。在伦敦大学圣乔治学院任教，是癌症遗传学教授。她也是英国皇家医学院院士、英国皇家生物学会院士。

感情生活

罗杰·彭罗斯与第一任妻子琼·伊莎贝尔·威奇（Joan Isabel Wedge，1919-1977）于1959年结婚，二人育有三个儿子。

罗杰·彭罗斯的第二任妻子凡妮莎·托马斯（Vanessa Thomas）是可科特霍普学校学术发展系主任，曾任阿宾顿学校数学系主任，他们育有一子。

哲学思想

罗杰·彭罗斯用物理学的观点来研究意识，坚持量子理论中的波函数坍缩是可以被实证的。他的宇宙学图景是“共形循环宇宙学”。他认为从现在的宇宙微波背景辐射中找到了上一循环的引力波带来的痕迹 。

罗杰·彭罗斯变革了广义相对论的整个研究领域。1960年代后，宇宙学、天体物理，尤其是黑洞和引力波的研究成为主流，彭罗斯和霍金是理论研究的主将 。（基普·索恩评）

彭罗斯使用巧妙的数学方法证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果。他证明了黑洞确实可以形成，并对其进行了详细描述。他的开创性论文被认为是爱因斯坦之后对广义相对论的最重要贡献 。（瑞典皇家科学院评）

彭罗斯是目前在世（2020年）的对黑洞理论贡献最大的科学家。关于黑洞，彭罗斯和霍金一起做了工作，但不幸的是霍金去世了。应当说，无论是工作的广度还是深度，彭罗斯的成就都丝毫不逊于霍金 。（中科院高能物理研究所张双南评）