Penrose pasó la Segunda Guerra Mundial cuando era niño en Canadá, donde su padre trabajaba en London, Ontario . [19] Penrose estudió en la University College School . [1] Asistió y obtuvo un título de primera clase en matemáticas [17] de la University College London .
En 1955, mientras era estudiante, Penrose reintrodujo la matriz inversa generalizada de EH Moore , también conocida como inversa de Moore-Penrose , [20] después de haber sido reinventada por Arne Bjerhammar en 1951. [21] Habiendo comenzado la investigación con el profesor de geometría y astronomía, Sir WVD Hodge , Penrose terminó su doctorado en St John's College, Cambridge , en 1958, con una tesis sobre métodos tensoriales en geometría algebraica [22] supervisada por el algebrista y geómetra John A. Todd . [23] Ideó y popularizó el triángulo de Penrose en la década de 1950 en colaboración con su padre, describiéndolo como "imposibilidad en su forma más pura", e intercambió material con el artista MC Escher , cuyas representaciones anteriores de objetos imposibles lo inspiraron en parte. [24] [25] La cascada de Escher y Ascending and Descending se inspiraron a su vez en Penrose. [26]
En 1954, cuando era estudiante, Penrose asistía a una conferencia en Ámsterdam cuando por casualidad se topó con una exposición de la obra de Escher. Pronto empezó a intentar evocar sus propias figuras imposibles y descubrió el tribar, un triángulo que parece un objeto tridimensional sólido y real, pero no lo es. Junto con su padre, físico y matemático, Penrose diseñó una escalera que sube y baja simultáneamente. Siguió un artículo y se envió una copia a Escher. Completando un flujo cíclico de creatividad, el maestro holandés de las ilusiones geométricas se inspiró para producir sus dos obras maestras. [27]
En 1964, mientras era lector en el Birkbeck College de Londres (y después de que el cosmólogo Dennis Sciama , entonces en Cambridge), le desviara la atención de las matemáticas puras a la astrofísica , [17] en palabras de Kip Thorne de Caltech, "Roger Penrose revolucionó las herramientas matemáticas que utilizamos para analizar las propiedades del espacio-tiempo". [29] [30] Hasta entonces, el trabajo sobre la geometría curva de la relatividad general se había limitado a configuraciones con una simetría suficientemente alta para que las ecuaciones de Einstein pudieran resolverse explícitamente, y había dudas sobre si tales casos eran típicos. Una forma de abordar esta cuestión fue mediante el uso de la teoría de la perturbación , desarrollada bajo el liderazgo de John Archibald Wheeler en Princeton. [31] El otro enfoque, más radicalmente innovador, iniciado por Penrose fue pasar por alto la estructura geométrica detallada del espacio-tiempo y, en cambio, concentrar la atención sólo en la topología del espacio, o como máximo en su estructura conforme , ya que es lo último, como determinada por la disposición de los conos de luz, que determina las trayectorias de las geodésicas similares a la luz y, por tanto, sus relaciones causales. La importancia del artículo de Penrose que hizo época "Gravitational Collapse and Space-Time Singularities" [32] no fue su único resultado, resumido aproximadamente en que si un objeto como una estrella moribunda implosiona más allá de cierto punto, entonces nada puede impedir la gravitación. El campo se vuelve tan fuerte que forma algún tipo de singularidad. También mostró una manera de obtener conclusiones generales similares en otros contextos, en particular el del Big Bang cosmológico , del que se ocupó en colaboración con el alumno más famoso de Dennis Sciama , Stephen Hawking . [33] [34] [35]
Fue en el contexto local de colapso gravitacional donde la contribución de Penrose fue más decisiva, comenzando con su conjetura de censura cósmica de 1969, [36] en el sentido de que cualquier singularidad resultante estaría confinada dentro de un horizonte de sucesos bien comportado que rodearía un espacio oculto. -Región temporal para la que Wheeler acuñó el término agujero negro , dejando una región exterior visible con una curvatura fuerte pero finita, de la cual parte de la energía gravitacional puede extraerse mediante lo que se conoce como proceso de Penrose , mientras que la acumulación de materia circundante puede liberarse más. energía que puede dar cuenta de fenómenos astrofísicos como los quásares . [37] [38] [39]
Siguiendo su " hipótesis de la censura cósmica débil ", Penrose pasó, en 1979, a formular una versión más fuerte llamada "hipótesis de la censura fuerte". Junto con la conjetura de Belinski-Khalatnikov-Lifshitz y las cuestiones de estabilidad no lineal, resolver las conjeturas de censura es uno de los problemas pendientes más importantes de la relatividad general . También de 1979 data la influyente hipótesis de la curvatura de Weyl de Penrose sobre las condiciones iniciales de la parte observable del universo y el origen de la segunda ley de la termodinámica . [40] Penrose y James Terrell se dieron cuenta de forma independiente de que los objetos que viajan cerca de la velocidad de la luz parecerán sufrir una inclinación o rotación peculiar. Este efecto ha pasado a denominarse rotación de Terrell o rotación de Penrose-Terrell. [41] [42]
En 1967, Penrose inventó la teoría del twistor , que asigna objetos geométricos en el espacio de Minkowski al espacio complejo de 4 dimensiones con la firma métrica (2,2). [43] [44]
Penrose es bien conocido por su descubrimiento en 1974 de los mosaicos de Penrose , que se forman a partir de dos mosaicos que solo pueden mosaicos en el plano de manera no periódica, y son los primeros mosaicos que exhiben simetría rotacional quíntuple. En 1984, se observaron patrones similares en la disposición de los átomos en los cuasicristales . [45] Otra contribución notable es su invención en 1971 de las redes de espín , que más tarde llegaron a formar la geometría del espacio-tiempo en la gravedad cuántica de bucles . [46] Tuvo influencia en la popularización de lo que comúnmente se conoce como diagramas de Penrose (diagramas causales). [47]
En 2010, Penrose informó sobre posible evidencia, basada en círculos concéntricos encontrados en los datos de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson del cielo de fondo cósmico de microondas , de un universo anterior que existió antes del Big Bang de nuestro universo actual. [54] Menciona esta evidencia en el epílogo de su libro de 2010 Cycles of Time , [55] un libro en el que presenta sus razones, relacionadas con las ecuaciones de campo de Einstein , la curvatura C de Weyl y la hipótesis de la curvatura de Weyl (WCH). , que la transición en el Big Bang podría haber sido lo suficientemente suave como para que un universo anterior sobreviviera. [56] [57] Hizo varias conjeturas sobre C y el WCH, algunas de las cuales fueron demostradas posteriormente por otros, y también popularizó su teoría de la cosmología cíclica conforme (CCC). [58] En esta teoría, Penrose postula que al final del universo toda la materia eventualmente está contenida dentro de agujeros negros, que posteriormente se evaporan a través de la radiación de Hawking . En este punto, todo lo que contiene el universo está formado por fotones , que no "experimentan" ni el tiempo ni el espacio. Básicamente, no hay diferencia entre un universo infinitamente grande que consta únicamente de fotones y un universo infinitamente pequeño que consta únicamente de fotones. Por tanto, una singularidad para un Big Bang y un universo infinitamente expandido son equivalentes. [59]
En términos simples, Penrose cree que la singularidad en la ecuación de campo de Einstein en el Big Bang es sólo una singularidad aparente, similar a la conocida singularidad aparente en el horizonte de sucesos de un agujero negro . [37] Esta última singularidad puede eliminarse mediante un cambio de sistema de coordenadas , y Penrose propone un cambio diferente de sistema de coordenadas que eliminará la singularidad en el big bang. [60] Una implicación de esto es que los principales eventos del Big Bang pueden entenderse sin unificar la relatividad general y la mecánica cuántica y, por lo tanto, no estamos necesariamente limitados por la ecuación de Wheeler-DeWitt , que altera el tiempo. [61] [62] Alternativamente, se pueden utilizar las ecuaciones de Einstein-Maxwell-Dirac. [63]
Conciencia
Penrose en una conferencia
Penrose ha escrito libros sobre la conexión entre la física fundamental y la conciencia humana (o animal). En The Emperor's New Mind (1989), sostiene que las leyes conocidas de la física son inadecuadas para explicar el fenómeno de la conciencia. [64] Penrose propone las características que puede tener esta nueva física y especifica los requisitos para un puente entre la mecánica clásica y la cuántica (lo que él llama gravedad cuántica correcta ). [65] Penrose utiliza una variante del teorema de la detención de Turing para demostrar que un sistema puede ser determinista sin ser algorítmico . (Por ejemplo, imagine un sistema con sólo dos estados, ENCENDIDO y APAGADO. Si el estado del sistema es ENCENDIDO cuando una determinada máquina de Turing se detiene y APAGADO cuando la máquina de Turing no se detiene, entonces el estado del sistema está completamente determinado por la máquina; no obstante , no existe una forma algorítmica de determinar si la máquina de Turing se detiene). [66] [67]
Penrose cree que estos procesos deterministas pero no algorítmicos pueden entrar en juego en la reducción de la función de onda de la mecánica cuántica y pueden ser aprovechados por el cerebro. Sostiene que las computadoras de hoy no pueden tener inteligencia porque son sistemas algorítmicamente deterministas. Argumenta en contra del punto de vista de que los procesos racionales de la mente son completamente algorítmicos y, por tanto, pueden ser duplicados por una computadora suficientemente compleja. [68] Esto contrasta con los partidarios de una inteligencia artificial fuerte , que sostienen que el pensamiento puede simularse algorítmicamente. Basa esto en afirmaciones de que la conciencia trasciende la lógica formal porque factores como la insolubilidad del problema de la detención y el teorema de incompletitud de Gödel impiden que un sistema lógico basado algorítmicamente reproduzca rasgos de la inteligencia humana como el conocimiento matemático. [68] Estas afirmaciones fueron adoptadas originalmente por el filósofo John Lucas del Merton College , Oxford . [69]
El argumento de Penrose-Lucas sobre las implicaciones del teorema de incompletitud de Gödel para las teorías computacionales de la inteligencia humana ha sido criticado por matemáticos, informáticos y filósofos. Muchos expertos en estos campos afirman que el argumento de Penrose falla, aunque diferentes autores pueden elegir diferentes aspectos del argumento para atacar. [70] Marvin Minsky , uno de los principales defensores de la inteligencia artificial, fue particularmente crítico y afirmó que Penrose "intenta mostrar, capítulo tras capítulo, que el pensamiento humano no puede basarse en ningún principio científico conocido". La posición de Minsky es exactamente la contraria: creía que los humanos son, en realidad, máquinas cuyo funcionamiento, aunque complejo, se explica plenamente por la física actual. Minsky sostuvo que "uno puede llevar esa búsqueda [de explicación científica] demasiado lejos buscando sólo nuevos principios básicos en lugar de atacar los detalles reales. Esto es lo que veo en la búsqueda de Penrose de un nuevo principio básico de la física que dé cuenta de la conciencia. " [71]
Penrose y Hameroff han argumentado que la conciencia es el resultado de los efectos de la gravedad cuántica en los microtúbulos , a los que denominaron Orch-OR (reducción objetiva orquestada). Max Tegmark , en un artículo de Physical Review E , [73] calculó que la escala de tiempo de activación y excitación de las neuronas en los microtúbulos es más lenta que el tiempo de decoherencia en un factor de al menos 10.000.000.000. La acogida del artículo se resume en esta declaración en apoyo de Tegmark: "Los físicos ajenos a la discusión, como John A. Smolin de IBM , dicen que los cálculos confirman lo que habían sospechado desde el principio. "No estamos trabajando con un cerebro que cerca del cero absoluto. Es razonablemente improbable que el cerebro haya desarrollado un comportamiento cuántico'". [74] El artículo de Tegmark ha sido ampliamente citado por críticos de la posición de Penrose-Hameroff.
En su respuesta al artículo de Tegmark, también publicado en Physical Review E , los físicos Scott Hagan, Jack Tuszyński y Hameroff [75] [76] afirmaron que Tegmark no abordó el modelo Orch-OR, sino un modelo de su propia construcción. Esto implicó superposiciones de cuantos separados por 24 nm en lugar de las separaciones mucho más pequeñas estipuladas para Orch-OR. Como resultado, el grupo de Hameroff afirmó un tiempo de decoherencia siete órdenes de magnitud mayor que el de Tegmark, pero aún muy por debajo de los 25 ms necesarios si el procesamiento cuántico en la teoría iba a vincularse a la sincronía gamma de 40 Hz, como sugirió Orch-OR. . Para cerrar esta brecha, el grupo hizo una serie de propuestas. [75] Supusieron que el interior de las neuronas podría alternar entre estados líquido y gel . En el estado de gel, se planteó además la hipótesis de que los dipolos eléctricos del agua están orientados en la misma dirección, a lo largo del borde exterior de las subunidades de tubulina de los microtúbulos. [75] Hameroff y otros. propuso que esta agua ordenada podría filtrar cualquier coherencia cuántica dentro de la tubulina de los microtúbulos del entorno del resto del cerebro. Cada tubulina también tiene una cola que se extiende desde los microtúbulos, que está cargada negativamente y, por lo tanto, atrae iones cargados positivamente. Se sugiere que esto podría proporcionar una mayor detección. Además de esto, se sugirió que los microtúbulos podrían bombearse a un estado coherente mediante energía bioquímica. [77]
Finalmente, sugirió que la configuración de la red de microtúbulos podría ser adecuada para la corrección de errores cuánticos, un medio para mantener la coherencia cuántica frente a la interacción ambiental. [77]
Hameroff, en una conferencia que forma parte de una serie de charlas de Google Tech [ se necesita aclaración ] que exploran la biología cuántica , brindó una descripción general de la investigación actual en el área y respondió a las críticas posteriores al modelo Orch-OR. [78] Además de esto, un artículo de 2011 de Roger Penrose y Stuart Hameroff publicado en el Journal of Cosmology ofrece un modelo actualizado de su teoría Orch-OR, a la luz de las críticas, y analiza el lugar de la conciencia dentro del universo. [79]
Phillip Tetlow, aunque apoya las opiniones de Penrose, reconoce que las ideas de Penrose sobre el proceso de pensamiento humano son actualmente una visión minoritaria en los círculos científicos, citando las críticas de Minsky y citando la descripción de Penrose que hizo el periodista científico Charles Seife como "uno de un puñado de científicos" que creen que la naturaleza de la conciencia sugiere un proceso cuántico. [74]
En enero de 2014, Hameroff y Penrose aventuraron que un descubrimiento de vibraciones cuánticas en microtúbulos realizado por Anirban Bandyopadhyay del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón [80] apoya la hipótesis de la teoría Orch-OR . [81] Se publicó una versión revisada y actualizada de la teoría junto con comentarios críticos y debates en la edición de marzo de 2014 de Physics of Life Reviews . [82]
White Mars: The Mind Set Free (con Brian Aldiss ) (1999) [90]
Sus libros académicos incluyen:
Técnicas de topología diferencial en relatividad (1972, ISBN 0-89871-005-7 )
Spinors y espacio-tiempo: Volumen 1, Cálculo de dos espinores y campos relativistas (con Wolfgang Rindler , 1987) ISBN 0-521-33707-0 (libro de bolsillo)
Spinors and Space-Time: Volumen 2, Spinor and Twistor Methods in Space-Time Geometry (con Wolfgang Rindler, 1988) (reimpresión), ISBN 0-521-34786-6 (libro de bolsillo)
Sus prólogos a otros libros incluyen:
Prólogo a “El mapa y el territorio: explorando los fundamentos de la ciencia, el pensamiento y la realidad” de Shyam Wuppuluri y Francisco Antonio Doria. Publicado por Springer en "The Frontiers Collection", 2018. [91]
Prólogo de Beating the Odds: The Life and Times of EA Milne, escrito por Meg Weston Smith. Publicado por World Scientific Publishing Co en junio de 2013. [92]
Prólogo a "Un universo computable" de Héctor Zenil. Publicado por World Scientific Publishing Co en diciembre de 2012. [93]
Prólogo a Aspectos cuánticos de la vida de Derek Abbott, Paul CW Davies y Arun K. Pati. Publicado por Imperial College Press en 2008. [94]
Prólogo a Fearful Symmetry de Anthony Zee . Publicado por Princeton University Press en 2007. [95]
Su profundo trabajo sobre la Relatividad General ha sido un factor importante en nuestra comprensión de los agujeros negros. Su desarrollo de la teoría del Twistor ha producido un enfoque hermoso y productivo de las ecuaciones clásicas de la física matemática. Sus mosaicos del avión subyacen a los cuasicristales recién descubiertos. [102]
En 2012, Penrose recibió la medalla Richard R. Ernst de la ETH Zürich por sus contribuciones a la ciencia y el fortalecimiento de la conexión entre ciencia y sociedad. En 2015, Penrose recibió un doctorado honoris causa por el CINVESTAV-IPN (México). [104]
En 2017 recibió la Medalla Commandino de la Universidad de Urbino por sus contribuciones a la historia de la ciencia.
El primer matrimonio de Penrose fue con la estadounidense Joan Isabel Penrose (de soltera Wedge), con quien se casó en 1959. Tuvieron tres hijos. [105] [106] Penrose ahora está casado con Vanessa Thomas, directora de Desarrollo Académico en la Escuela Cokethorpe y ex directora de matemáticas en la Escuela Abingdon . [107] [108] Tuvieron un hijo. [109] [107]
Puntos de vista religiosos
Durante una entrevista con BBC Radio 4 el 25 de septiembre de 2010, Penrose declaró: "Yo no soy creyente. No creo en religiones establecidas de ningún tipo". [110] Se considera agnóstico. [111] En la película de 1991 Una breve historia del tiempo , también dijo: "Creo que diría que el universo tiene un propósito, no está ahí de alguna manera por casualidad... creo que algunas personas adoptan la opinión de que el universo simplemente está ahí y funciona, es un poco como si simplemente computara, y de alguna manera por accidente nos encontramos en esta cosa. Pero no creo que sea una forma muy fructífera o útil de ver el universo. Creo que hay algo mucho más profundo en esto". [112]
↑ El Premio Nobel de 2020 también fue otorgado conjuntamente a Reinhard Genzel y Andrea Ghez por su trabajo sobre los agujeros negros.
^ Penrose y su padre compartieron conceptos matemáticos con el artista gráfico holandés MC Escher , que se incorporaron en muchas piezas, incluida Waterfall , que se basa en el 'triángulo de Penrose', y Up and Down .
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Fuentes que también señalan que diferentes fuentes atacan diferentes puntos del argumento:
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enlaces externos
Wikiquote tiene citas relacionadas con Roger Penrose .
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Roger Penrose .
Scholia tiene un perfil para Roger Penrose (Q193803).
Awake in the Universe: Penrose debate cómo la creatividad, la más esquiva de las facultades, nos ha ayudado a desbloquear el país de la mente y los misterios del cosmos con Bonnie Greer .
Dangerous Knowledge en YouTube – Penrose fue uno de los principales entrevistados en un documental de la BBC sobre las matemáticas del infinito dirigido por David Malone.
La nueva teoría de Penrose "¿Eones antes del Big Bang?":
Conferencia original de 2005: "¿Antes del Big Bang? Una nueva perspectiva sobre la hipótesis de la curvatura de Weyl" Archivado el 7 de agosto de 2009 en Wayback Machine (Instituto Isaac Newton de Ciencias Matemáticas, Cambridge, 11 de noviembre de 2005).
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Reseña de Hilary Putnam de 'Sombras de la mente' de Penrose afirmando que el uso que hace Penrose del teorema de incompletitud de Gödel es falaz Archivado el 28 de noviembre de 2007 en Wayback Machine.
Más allá de las dudas de una sombra: una respuesta a los comentarios sobre las sombras de la mente en Wayback Machine (archivado el 18 de junio de 2008)
Penrose Tiling encontrado en la arquitectura islámica
Dos teorías para la formación de cuasicristales que se asemejan a los mosaicos de Penrose
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"Viabilidad biológica de los estados cuánticos en el cerebro" – (una disputa del resultado de Tegmark por Hagan, Hameroff y Tuszyński)
La réplica de Tegmarks a Hagan et al.
"Plagio de papel higiénico" en Wayback Machine (archivado el 12 de marzo de 2005): D. Trull sobre la demanda de Penrose sobre el uso de sus mosaicos de Penrose en papel higiénico
Roger Penrose: Un caballero sobre las tejas ( Revista Plus )
Biografía de la conferencia Gifford de Penrose
Mente cuántica
Audio: Roger Penrose en una conversación en el programa de debate del Servicio Mundial de la BBC
Roger Penrose hablando sobre el nuevo libro de Hawking en Premier Christian Radio
"El universo cíclico: una conversación con Roger Penrose", Ideas Roadshow , 2013
Simetría cristalina prohibida en matemáticas y arquitectura, evento filmado en la Royal Institution , octubre de 2013
Entrevistas de Oxford Mathematics: "Tiempo extra: el profesor Sir Roger Penrose en conversación con Andrew Hodges ". Estas dos películas exploran el desarrollo del pensamiento de Sir Roger Penrose a lo largo de más de 60 años, finalizando con sus teorías y predicciones más recientes. 51 min y 42 min. ( Instituto de Matemáticas )
BBC Radio 4 – The Life Scientific – Roger Penrose sobre los agujeros negros – 22 de noviembre de 2016 Sir Roger Penrose habla con Jim Al-Khalili sobre su trabajo pionero sobre cómo se forman los agujeros negros, los problemas de la física cuántica y su interpretación en películas sobre Stephen Hawking.
El sitio web del Instituto Penrose
¿Un problema de ajedrez contiene la clave de la conciencia humana?, Chessbase
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