名校系列：诺贝尔物理学奖中的数学天才罗杰•彭罗斯

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今天为你介绍的是2020年诺贝尔物理学奖得主罗杰·彭罗斯。彭罗斯教授之所以能成功，是因为他拥有数学家的“独门绝技”——拓扑学。接下来我们一起看一看彭罗斯教授的成长和研究经历，他是怎么对数学产生兴趣，又怎么将数学应用到物理学研究中的。

罗杰·彭罗斯的母亲是医生，父亲是遗传学家和精神病学家。受荷兰板著名画家艾舍尔的的艺术作品启发，彭罗斯和他的父亲一起发明了彭罗斯三角、彭罗斯阶梯等整体上不可能的图形。这些图形又反过来又启发了艾舍尔创作出更多令人惊叹的作品，将艺术与数学完美融合。

起初，父母希望彭罗斯能跟他们一样从事医学或生物学，但彭罗斯对这些都不感兴趣，他决定去伦敦大学学院学数学。对此，彭罗斯的父亲非常反对，他认为数学职业只适合那些做不了其他事情的人。于是，他请来了伦敦大学学院的数学家，给儿子安排了一个包含12道难题的测试，这位数学家以为彭罗斯可能只做得出来一两道题。但令人没想到的是，彭罗斯在几个小时之内竟然做出了所有的题目。父亲这才同意彭罗斯去学数学。

在大学里，彭罗斯对纯数的兴趣越来越深。而对物理学的兴趣和关注，要等到1952年，那时的他在读大四，偶然听到收音机里，英国著名天文学家霍伊尔教授在讲有关稳恒态宇宙学的科普报告。彭罗斯对这个内容很感兴趣，但对其中一个细节问题感到迷惑，于是他尝试用数学来弄清这个迷惑的问题，并用时空图证明了霍伊尔有错。这样的跨学科探究让彭罗斯对物理学领域越来越着迷。

本科毕业后，彭罗斯去剑桥大学读纯数博士，主要研究代数几何，同时，他对物理的兴趣也驱动着他。比如，他思考了很多关于奇点能否在恒星塌缩的各种现实情况下产生的问题，后来他用拓扑方法证明了奇点定理，表明黑洞在致密区域很容易产生。1965年，他以著名论文《引力坍塌和时空奇点》为代表的一系列论文，和著名数学物理学家斯蒂芬.霍金一起创立了现代宇宙论的数学结构理论。

彭罗斯的工作不仅结果上有重要意义，在方法上也影响深远。彭罗斯作为数学家出身，在他1965年关于奇点定理的论文中，首次将整体微分几何引入广义相对论的研究之中，开启了后来几十年利用整体微分几何研究广义相对论的潮流，并且催生了一系列重要结果。至今，这种从数学结构出发研究理论物理的方法仍然具有重要的地位。

因此，彭罗斯之所以成功，是因为他作为数学家，拥有在这个领域中，其他人都没有的“独门绝技”——拓扑学。当时物理学家的数学训练中还没有拓扑学。这让我想到，电影《奥本海默》中爱因斯坦对来求助他进行数学计算的奥本海默所说的话“你我唯一的共同点就是轻视了对于数学的学习”。看来数学对物理学来说，的确非常重要。

好的，以上就是今天节目的全部内容。明天的留学声我会继续为你介绍彭罗斯的故事。感谢你的聆听，我们明天见！