Roger Penrose — 用中文阅读

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想象一颗恒星向内坍缩，其引力是如此巨大，以至于将时空扭曲成一个无限小的点——一个奇点。这并非科幻小说，而是黑洞的领域，而罗杰·彭罗斯帮助我们理解了它们的数学基础。这些思想彻底改变了天体物理学。“自然法则以数学语言书写”，伽利略·伽利雷曾说，而彭罗斯在能想象到的最极端环境中证明了这一点。

奇点到底是什么？它是一个已知物理定律失效的点。彭罗斯证明奇点并非仅仅是数学上的一个奇观，而是在特定条件下，爱因斯坦广义相对论的一个必然结果。这在当时是一个激进的观点。在彭罗斯的研究之前，许多物理学家希望，随着对量子引力更深入的理解，奇点会消失。

彭罗斯的工作不只局限于黑洞。他还对密铺理论做出了重大贡献。彭罗斯密铺是非周期性密铺，这意味着它们可以覆盖无限平面，而图案永不重复。“世界上最美好、最美丽的事物是看不见也摸不着的——它们必须用心去感受，”海伦·凯勒曾说，而彭罗斯感受到了这些数学结构的美，揭示了它们隐藏的秩序。

这些瓷砖不只是漂亮的图案。它们有实际应用，甚至出现在准晶体的结构中，准晶体是二十世纪八十年代发现的一种物质状态。准晶体有有序的结构，但像彭罗斯瓷砖一样，它们的图案是非重复的。这让科学家们大为惊讶，挑战了现有的晶体结构理论。

那么，彭罗斯是如何证明黑洞中存在奇点的呢？他使用了一种基于“陷获面”的数学论证。陷获面是一个区域，从其中发出的光，无论朝哪个方向发射，都会被迫向内汇聚。这是极端引力的一个标志。

彭罗斯与史蒂芬·霍金共同提出的彭罗斯奇点定理指出，如果广义相对论是正确的，并且一个区域内有足够的物质形成一个“被困表面”，那么该区域内必然存在一个奇点。这项定理为黑洞的存在提供了强有力的理论证据，而这远早于黑洞被直接观测到。

彭罗斯的影响超越了广义相对论和密铺理论。他还提出了共形循环宇宙学（CCC）的设想，这是一个高度推测性的宇宙模型。共形循环宇宙学认为，宇宙会经历无限次的膨胀和收缩循环，每个循环都以一次大爆炸结束，并由此开启下一个循环。

尽管仍有争议，但共形循环宇宙学（CCC）为宇宙微波背景中观测到的一些异常现象提供了一种潜在的解释。它认为，前一个宇宙时期的模式可能会在宇宙微波背景中留下微弱的痕迹，这些痕迹可以通过高灵敏度望远镜探测到。彭罗斯的工作对我们理解宇宙的方式产生了深远的影响。

罗杰·彭罗斯的工作是理论物理学力量的证明。他表明，即使在最极端和最反直觉的环境中，数学也能提供对现实本质的深刻见解。他因发现黑洞的形成是广义相对论的一个可靠预测而获得了二零二零年的诺贝尔物理学奖。理解奇点的真正重要性将推动我们获得更深入的理解。

彭罗斯的遗产继续激励着世界各地的物理学家和数学家。从黑洞到准晶体，再到循环宇宙，他的思想开辟了新的研究途径，并挑战了我们对宇宙的基本理解。那么，这个领域接下来会怎样呢？也许，会通过物理学的视角探索意识的本质。宇宙充满了奥秘，等待着我们去揭开。