羅傑・潘洛斯

羅傑・彭羅斯爵士，功績勳章（英國），英國皇家學會（Sir Roger Penrose，），英國數學家，數學物理學家，科學哲學家與諾貝爾物理學獎獲得者。他是牛津大學的。他在數學物理方面的研究擁有高度評價，特別是對廣義相對論與宇宙學方面的貢獻。羅傑・彭羅斯是科學家萊昂內爾・彭羅斯與瑪格麗特・利斯的兒子，為數學家與西洋棋大師喬納森・彭羅斯的兄弟。

他因證明黑洞的形成符合廣義相對論的預測而獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。

早期生活和教育

羅傑・潘洛斯生於英格蘭埃塞克斯的科爾切斯特，是瑪格麗特・利斯（Margaret Leathes）與精神病學家和遺傳學家萊昂內爾・彭羅斯（Lionel Penrose）的兒子。

潘洛斯小時候在加拿大度過了第二次世界大戰，父親在加拿大安大略省倫敦工作。潘洛斯曾就讀於 University College School 和倫敦大學學院，並在那裡獲得了數學的一等學位。

研究

潘洛斯三角

1955 年，潘洛斯在他還是學生之時重新引入了廣義逆矩陣（又稱作穆爾 - 彭羅斯廣義逆）。

1958 年，潘洛斯在劍橋大學於知名代數學家與幾何學家（John A. Todd）指導下獲得博士學位；其博士論文題目為《代數幾何學中的張量方法》（Tensor methods in algebraic geometry）。1965 年，潘洛斯與物理學家史蒂芬・霍金在劍橋大學證明瞭奇點（例如黑洞）可以從毀壞中的巨星體的重力塌縮現象中形成。

1967 年，潘洛斯發明瞭扭量理論，將閔可夫斯基空間中的幾何物體對映到四維複空間，此空間度量標記為（2,2）。1969 年，他推測出宇宙審查假說，這項提案指出了宇宙阻擋我們瞭解奇點（例如黑洞）內稟的不可預測性，以其被遮掩在我們視線之外。這個形式現在稱作弱審查假說；1979 年，潘洛斯建構了更強的形式，稱作強審查假說。加上 BKL 猜想與非線性穩定性問題，使得審查猜想成為廣義相對論中最重要的未決問題之一。

羅傑・潘洛斯 1974 年發現了著名的彭羅斯密鋪，能以兩種磚片非週期性地鋪滿整個平面。這種排列形式於 1984 年在準晶體中的原子排列中被發現。另一個重要的貢獻是他在 1971 年發明瞭自旋網路，爾後在迴圈量子重力理論中成為構成時空幾何的基礎。他在推廣通稱為彭羅斯圖的因果圖 (causal graph) 頗具影響力。

1983 年，當時的教務長比爾・戈登（Bill Gordon）邀請潘洛斯在休斯敦的萊斯大學（Rice University）任教。從 1983 年到 1987 年，他在那裡工作。

後來的活動

2004 年，潘洛斯發表了《接近真實：宇宙法則導引》（The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe），是一本 1,099 頁的書籍，目標在於對物理定律給予詳盡的指導。

潘洛斯是賓夕法尼亞州立大學的弗朗西斯和海倫・彭茨（Helen Pentz）傑出物理學數學客座教授。

物理與意識

潘洛斯撰寫了探討基礎物理與人類（或者動物）意識之間聯絡的一些書籍。在《皇帝新腦》（1989）一書中，他聲稱已知的物理定律不足以解釋意識現象。潘洛斯提議新的物理學所具有的特性應該能填補經典物理學和量子力學之間的理論溝壑（他本人稱之為正確的量子引力理論）。潘洛斯使用圖靈停機問題的變體來說明一個確定性的系統並不需要一定是圖靈可計算的（從演算法角度講可進行有效計算的）（比如，考慮只有 ON 和 OFF 兩個狀態的機器，當給定的圖靈機停機時，系統狀態被置為 ON；當圖靈機執行時，系統則被置為 OFF。如此，系統狀態將完全取決於圖靈機本身。但是並沒有演算法上可行的方法來確定圖靈機是否停機）。

潘洛斯相信這種確定性和非演算法性共存的過程可能在量子力學的波函式坍縮中起到作用，這個過程甚至可能被大腦駕馭。他認為作為一種演算法確定性的系統，當前的電子計算機無法產生智慧。他反對認為大腦的推理過程是完全的圖靈可計算的觀點（若此則大腦可被足夠複雜的電子計算機複製）。潘洛斯的這方面觀點與強人工智慧支持者的觀點相左，後者認為思維可用演算法模擬。為了駁斥後者的觀點，潘洛斯聲稱意識是超越數理邏輯的，因為諸如停機問題的不可解性質和哥德爾不完備定理導致基於演算法的邏輯系統不能產生具有人類智慧特性的智慧（比如，對數學的洞見）。這些說法最早得到了牛津大學莫頓學院的哲學家約翰・盧卡斯（John Lucas）的支援。

潘洛斯和盧卡斯關於哥德爾不完備定理在人類智慧的計算理論方面所具有的含義的觀點受到了來自數學家，計算機科學家和哲學家的批評。上述領域的專家們一致認為潘洛斯 / 盧卡斯的觀點是不成立的，但不同領域的專家會從不同的方面進行批評。來自馬文・閔斯基（人工智慧的主要支持者）的批評尤其激烈：潘洛斯 “一章接一章的試圖說明人類意識不能基於任何已知的科學原理。” 閔斯基的立場與此完全相反 —— 他相信本質上來說人類就是機器：雖然這種機器的功能很複雜，但使用現有的物理學是完全可解釋的。閔斯基如此評價潘洛斯：“僅靠尋找新的基本原理而不攻關真實的細節可能會把科學的探索帶得太超前。但在我看來，這就是潘洛斯的探索。”

作為對《皇帝新腦》所受到的負面評價的回應，潘洛斯隨後出版了《意識的陰影》（Shadows of the Mind, 1994）和《龐大，渺小，及人類意識》（The Large, the Small and the Human Mind, 1997）。在這些書中，他還引用了來自麻醉專家史都華・哈默洛夫的觀察。

潘洛斯和史都華・哈默洛夫認為意識是微管中量子引力效應的結果。該過程被他們稱為 協調客觀還原（orchestrated objective reduction）。此後，在《物理評論 E》上，馬克斯・泰格馬克發文指出，微管中神經元激發和興奮的時間尺度以最少 10,000,000,000 倍的因子慢於量子退相干時間。這個支援泰格馬克的申明總結了這篇文章的接受程度：“沒有捲入這場爭論的物理學家們，比如 IBM 的 Jone A. Smolin 認為文中的計算確認了長久以來的懷疑。‘我們擁有的並不是一顆接近絕對零度的大腦。人類大腦合理地不大可能以量子方式進化’”。泰格馬克的論文被潘洛斯 - 哈默洛夫的批評者們廣泛引用。

物理學家 Scott Hagan、Jack Tuszynski 和史都華・哈默洛夫也在《物理評論 E》上發文回應馬克斯・泰格馬克，聲稱馬克斯・泰格馬克檢驗的並不是 協調客觀還原 模型，而是他自己構造的模型：馬克斯・泰格馬克的計算中涉及的量子疊加態（the superpositions of quanta）以 24 奈米分隔，而非協調客觀還原所要求的小的多的分隔。按照協調客觀還原規定的量子疊加態進行運算之後，史都華・哈默洛夫的團隊宣佈新的量子退相干所需的時間尺度要比馬克斯・泰格馬克的結果大 7 個級數。但這個結果依然比所需的時間少了 25 毫秒 —— 如果想要使量子過程如同協調客觀還原所描述的那樣，能夠和 40 赫茲的伽瑪同步產生關聯的話。為了彌補這一環節，史都華・哈默洛夫等人做了一系列假設和提議。首先他們假設微管內部可以在液態和凝膠態之間互相轉換。在凝膠狀態下，他們進一步假設水的電偶極子會沿著微管外圍的微管蛋白同向排列。史都華・哈默洛夫認為這種有序排列的水將會遮蔽微管蛋白中任何量子退相干過程。每個微管蛋白還會從微管中延伸出一條帶負電荷的 “尾巴”，從而可以吸引帶正電荷的離子。這可以進一步遮蔽量子退相干的過程。除此之外，還有推測認為微管可在生物能的驅使下進入相干態。

最終，有建議認為微管的構造或許適用於量子糾錯（quantum error correction），一種可將量子相干性和環境互動能力結合起來的手段。在最近的十年裡，一些同情潘洛斯的研究者提出了若干適用於微管量子過程的替代方案。這些方案認為微管蛋白的 “尾巴” 可以和微管相關的蛋白質（motor proteins 和 presynaptic scaffold proteins）發生作用。這些提議的優勢在於可在馬克斯・泰格馬克的量子退相干時間尺度內發生。

史都華・哈默洛夫在 Google Tech 關於量子生物學的系列講座中給出了該領域近期研究的總結，結果再次招致對協調客觀還原模型的批評。除此之外，潘洛斯和史都華・哈默洛夫在一篇發表於 2011 年的論文中，參考之前所受到的批評，給出了協調客觀還原理論的修改模型；該論文還探討了意識在宇宙中佔有的地位。

儘管作為潘洛斯觀點的支持者，Phillip Tetlow 承認潘洛斯關於人類意識過程的看法現在在科學界屬於 “少數派觀點”，引用了閔斯基的批評且摘引了科學專欄記者查爾斯・塞費（Charles Seife）的將彭羅斯作為 “少數相信意識的本質意味著量子過程的科學家之一” 的描述。

2014 年 1 月，史都華・哈默洛夫和潘洛斯試探地提出，日本物質材料研究中心的博士 Anirban Bandyopadhyay 所發現的微管中的量子振盪證實了協調客觀還原假說。這個理論的修訂更正版伴隨著批評和辯論發表在《Physics of Life Reviews》。

宗教信仰

潘洛斯是一個無神論者。在紀錄片（A Brief History of Time）中，潘洛斯說道：, quote starts at about 1:12:43 in the video.}}

潘洛斯還是英國人道協會（Humanists UK）的傑出支持者。

獲獎

羅傑・潘洛斯因對科學的貢獻獲頒多個獎項。

1971 年，丹尼・海涅曼數學物理獎
1972 年，皇家學會會員；
1975 年，愛丁頓獎章（他與史蒂芬・霍金共同獲獎）
1985 年，皇家獎章
1988 年，沃爾夫物理學獎（他與史蒂芬・霍金共同獲獎）
1988 年，狄拉克獎
2000 年，功績勳章 (英國)
2004 年，德摩根獎章
2005 年，波蘭華沙大學與比利時荷語天主教魯汶大學兩所大學的榮譽博士學位（Honoris Causa）。
2006 年，狄拉克獎（來自新南威爾士大學）
2008 年，科普利獎章、科睿唯安引文桂冠獎
2020 年，獲得諾貝爾物理學獎並得到一半的獎金，授與原因為他發現黑洞的形成是廣義相對論的有力預測。

著作

(rare)
(paperback)
(hardback)
(hardback) ISBN 978-0-691-05084-3 (paperback).

(hardback), ISBN 978-0-521-65538-5 (paperback), Canto edition: ISBN 978-0-521-78572-3.

(hardcover), ISBN 978-0-09-944068-0 (paperback).