Allgemein, Mathematik, Physik

Über die Forschung von Roger Penrose

Weiter geht es mit unserer Penrose-Reihe! Heute möchte ich euch erzählen, worüber er in der Mathematik und theoretischen Physik geforscht hat und was seine populärwissenschaftlichen Bücher so besonders macht! Und auf einen kleinen Gastauftritt von dem samtpfotigen Penrose könnt ihr euch ebenfalls freuen!

In der Mathematik ist Sir Roger Penrose vor allem für die Entdeckungen zu quasiperiodischen Parkettierungen bekannt. Er fand aperiodische Paare, die eine Ebene parkettieren können, ohne sich genau zu wiederholen. Trotzdem folgen sie einer Ordnung und wiederholen sich teilweise. Im Jahre 1984 wurden solche Strukturen in Quasikristallen entdeckt. Legendär in dem Zusammenhang ist, dass Penrose das Unternehmen Kimberly-Clark verklagte, weil sie ohne seine Zustimmung seine Parkettierung für ein Toilettenpapiermuster benutzte. Schließlich einigten sich die Parteien außergerichtlich. Anschauen kann man sich dieses noch im Museum.
Das von Penrose vorgestellte Penrose – Dreieck inspirierte M.C. Escher zu seinen Bildern „Wasserfall“ und „Belvedere“, die Penrose – Treppe, die er mit seinem Vater gemeinsam entwickelte, inspirierte den Künstler ebenfalls.

Roger Penrose auf einer seiner Parkettierungen im Foyer des Mitchell Institute Building at Texas A&M University, März 2010

In der theoretischen Physik machte er sich einen noch größeren Namen mit seiner Twistor-Theorie (eine Theorie, die die Gravitation mit den klassischen Feldtheorien und der Quantenmechanik verbinden soll) und mit seinen gemeinsamen Arbeiten mit Stephen Hawking zu Schwarzen Löchern. Die beiden bewiesen zusammen das sogenannte Singularitäten-Theorem. Dieses besagt, dass es beim Urknall und in Schwarzen Löchern zu Singularitäten kommen muss. Singularitäten sind hier Punkte, in denen die Krümmung der Raumzeit unendlich groß wird und damit Einsteins Relativitätstheorie zusammenbricht. Noch immer ist nicht klar, wie die Quantengravitation, die in diesen Punkten gilt, genau aussehen kann. Konkret geht es bei dieser Frage um die Vereinigung der Quantenphysik und der allgemeinen Relativitätstheorie. Penrose war ein Freund des Kosmologen Dennis Sciama, der ebenfalls in Cambridge Professor war und ihm Hawking vorstellte.

Zusätzlich leistete Penrose viele andere, wichtige Beiträge zur theoretischen Physik und Kosmologie, damit es hier nicht vollkommen den Rahmen sprengt, nur kurz: Mit der Weylkrümmungshypothese stellte er einen Vorschlag vor, wie der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik in der Kosmologie verwurzelt sein könnte. Er entwickelte das Penrose-Diagramm, mit dem man die Struktur der Raumzeit graphisch darstellen kann. Er präferiert ein Modell von zyklischen, aufeinanderfolgenden Universen (im Gegensatz zu Paralleluniversen).

All seine physikalischen Arbeiten beruhen aber auf Mathematik und man sieht immer wieder, dass seine Sicht die eines Mathematikers auf die Physik ist und er nicht einfach physikalische Ideen entwickelt, die versucht werden, mit Mathematik zu untermauern.

Andrew Wiles, Stephen Hawking und Roger Penrose nach einer Vorlesung in Oxford 2017

Später veröffentlichte Penrose dann noch einige Arbeiten zu den Themen Bewusstsein und den Grundlagen der Quantenmechanik. Er vertritt die Meinung, dass Maschinen kein Bewusstsein entwickeln können.

Children sometimes see things clearly that are obscured in later life. We often forget the wonder that we felt as children when the cares of the „real world“ have begun to settle on our shoulders. Children are not afraid to pose basic questions that may embarrass us, as adults, to ask. – Sir Roger Penrose in seinem Buch The Emperor’s New Mind (1989)

Penrose liest in einem Buch von Sir Roger Penrose

Penrose hat einige populärwissenschaftliche Bücher verfasst und geht dabei einen ganz eigenen Weg: Oft werden alle Formeln und genauere Graphiken in solchen Veröffentlichungen für eine größere Masse vermieden und so gut wie gar nicht verwendet. Penrose geht den entgegengesetzten Weg: In seinen Büchern erklärt er sehr anschaulich, scheut aber auch vor Formeln, mathematischen Symbolen oder ähnlichem nicht zurück. Die tollen Zeichnungen, die dabei seine Texte veranschaulichen, stammen fast ausschließlich von ihm selbst.

Dieses Buch von Penrose steht noch ganz oben auf meiner Wunschliste. In Schottland letztes Jahr hatte ich es zwar ein paar Mal in der Hand, hatte aber nicht mehr wirklich genug Platz im Koffer, denn mit über 1000 Seiten ist es nicht gerade ein Leichtgewicht…

Und das war es auch schon für heute und dem Überblick über die Forschung von Sir Roger Penrose! Welche seiner Themengebiete findet ihr am spannendsten?

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Quellen & weitere Informationen:
Roger Penrose – Maths History, University of St. Andrews
Roger Penrose – Wikipedia
I can explain everything – Interview in The Guradian
Die Welt muß stimmen – Frankfurter Allgemeine
Quantengravitation – Wikipedia

Bildquellen:
Penrose im November 2005
Penrose auf Parkettierung
Andrew Wiles, Stephen Hawking und Roger Penrose

4 Gedanken zu „Über die Forschung von Roger Penrose“

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