Kategorije
Broj 7 Krik znanosti

Roger Penrose

🕒 8 min

Sir Roger Penrose jedno je od onih imena u znanosti na koje se nekad nailazi toliko često da se doima poput najobičnijeg pridjeva, pogotovo ako vam se interesti donekle preklapaju s njegovim. Penroseovo ime pojavljuje se u kozmologiji, kvantnoj mehanici, raznim granama matematike, a čak i u filozofiji i grafičkoj umjetnosti. Također je jedan od ovogodišnjih dobitnika Nobelove nagrade za fiziku, zbog čega ste na njega mogli naići još češće nego inače. S obzirom da je netko vrijedan pamćenja, donosimo vam kratak pregled njegovih najbitnijih pothvata i doprinosa.

Penrose se na početku karijere bavio čistom matematikom, s posebnim interesom za geometriju. Njegova je obitelj matematiku smatrala područjem u koje ulaze samo fanatici, ljudi koje uopće ne zanima praktična primjena. Međutim, iako su oni to možda smatrali nedostatkom, njemu je sasvim odgovaralo. On je kao dijete na satovima matematike raspisivao svoje odgovore krenuvši od samih temelja, bez obzira na to koliko će mu to vremena oduzeti ili kako će mu utjecati na ocjenu. Međutim, koliko god zadovoljan bio samim procesom otkrivanja novih stvari, pokazivao je ozbiljan interes za nešto praktičnije – za samu prirodu stvarnosti, osobito one dijelove koje nitko nije dobro razumio.

Primjer Penroseova popločenja.

Često si je svojevoljno zadavao teške zadatke, one koje je malotko htio isprobati, a jednako je tako volio isprobati već odgovorena pitanja i dati svoj, elegantniji odgovor. Smatrao je to izazovom. Njegove su ideje stoga pružale svjež pogled, novu perspektivu iz koje se moglo sagledati i najzapetljanije suvremene probleme. Ovaj interes doveo ga je do sasvim novih rješenja za poznate probleme izrazito često, kao što je bio slučaj za tzv. problem osvjetljenja ili za problem teselacija s peterostrukom simetrijom. Teselacija ili popločenje jest način podjele ravnine s nekoliko geometrijskih oblika bez rupa ili preklapanja, kao što biste posložili pločice u kupaonici. Ovaj problem kao da je napravljen za Penrosea, zbog čega ne čudi što je našao popločenje koje danas nosi njegovo ime, a ima peterostruku rotacijsku simetriju i k tome je aperiodičko. Penroseovo popločenje izrazito je zanimljivo samo po sebi, ali također je jednostavno lijepo. Ako vas zanima, možete pogledati ovaj video za kratak pregled ili, ako imate više vremena, pročitati članak Martina Gardnera o Penroseovu popločenju ili pogledati ovo predavanje, u kojem sam Penrose priča o njemu. Ondje spominje još nešto vezano za njega, a to je jedna donekle neočekivana primjena njegova otrkića. Naime, upravo je takvo aperiodičko popločenje doprinijelo otkriću kvazikristala (uređenih kristala bez ponavljajućih ćelija), bizarnih struktura za koje se dotad mislilo da ne mogu postojati u prirodi.

Penroseovi mnogokuti.

Neke njegove ideje, ipak, nisu nužno imale praktičnih primjena, ali su svejedno nerijetko bile jednako zanimljive. Najslavniji je vjerojatno Penroseov trokut, njegova verzija postojeće perceptivne varke. Nakon trokuta stvorio je čitavu klasu “nemogućih” objekata, uključujući tzv. Penroseovo beskrajno stubište. Zanimljivo je što je Penrose inspiraciju za svoje perceptivne varke pronašao u djelima M. C. Eschera, a kasnije je Escher stvarao umjetnička djela inspirirana Penroseovim radom.

Međutim, neočekivani potencijal za primjenu otprije postao je svojevrstan motiv Penroseova rada. Bavio se teško rješivim problemima gotovo za zabavu, ali imao je jednako toliku želju izgraditi nešto više od rješenja do kojih bi stigao. Dapače, vjerojatno njegovo najslavnije postignuće upravo je jedno takvo, a 55 godina kasnije donijelo mu je i Nobelovu nagradu. Njegovo postojeće zanimanje za topologiju, gdje je ispitivao kako različite deformacije utječu na geometrijske objekte, preraslo je u strast prema astrofizici i kozmologiji. Velik problem tog vremena bilo je pomirivanje slabog razumijevanja zakrivljenih prostora i kompleksne geometrijske strukture prostor-vremena kakvu je diktirala Einsteinova opća teorija relativnosti. Penroseu je ovo pitanje istaknuo kozmolog Dennis Sciama, koji ga je također upoznao s jednim od svojih doktoranada – Stephenom Hawkingom. Hawking se proslavio upravo svojim radom na fizici crnih rupa, za čije je početke suradnja s Penroseom bila presudna. Penroseov doprinos bio je matematičke prirode. Odlučio je proučavati samu topologiju prostora i osmislio sasvim nove matematičke alate za opisivanje ponašanja prostor-vremena. Njih je iskoristio kako bi pokazao da je postojanje crnih rupa konzistentno s općom teorijom relativnosti. Pokazao je nužnost postojanja onoga što svaki poznavatelj znanstvene fantastike danas zna kao singularnost, gdje se prostor-vrijeme urušava i izlazimo van granica relativnosti. Time je postavio temelje za daljnje istraživanje crnih rupa, pa tako i za teoriju Velikog praska, ideju događajnog obzora (tj. horizonta događaja), ispravne simulacije crnih rupa te naposljetku čak i slavno predviđanje i sliku prave crne rupe, kao i još mnogo, mnogo toga. Penroseovo otkriće omogućilo je čitav niz novih saznanja u modernoj fizici, a osobito kozmologiji, što je razlog raširenosti njegova imena u tom području.

Roger Penrose očito je bio istaknuta ličnost fizike i matematike 20. stoljeća, ali u zadnje se vrijeme dodatno proslavio svojim naporima da znanost približi ljudima neznanstvenih pozadina. Napisao je nekoliko knjiga koje bi se mogle smatrati popularnoznanstvenima (o tome ćemo još kasnije), neke u suradnji s kolegama, a neke samostalno. Uglavnom se posvećuje pojašnjavanju osobito teških, sveobuhvatnih principa koji su inspirirali velik dio njegova rada, a tako i moderne fizike općenito – ali bez da ih nepotrebno pojednostavni. Njegovi su intervjui i predavanja slično osmišljeni – ako ne obraćate pozornost, lako se pogubiti. U jednoj od svojih knjiga objasnio je zašto često tolik dio posla ostavlja publici da ga odradi sama, kao što je on u školskim klupama:

Bar u matematici, malo izravnog iskustva sa samostalnim promišljanjem o stvarima uvijek pruža dublje razumijevanje nego jednostavno čitanje o njima.

Roger Penrose, The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe

Ovaj pristup očituje se u svim njegovim popularnoznanstvenim knjigama. Međutim, ako vas to plaši, ne biste se trebali obeshrabriti. Upravo suprotno – nemate ništa za izgubiti ako se iskreno potrudite razumjeti novi koncept, čak i neki sasvim stran. Penrose, izgleda, vjeruje da svatko može izgraditi kvalitetno razumijevanje sasvim neintuitivnih znanstvenih ideja ako im se pruži dovoljno dobro objašnjenje i ostavi prostora za razmišljanje.

The Road to Reality dosta je zastrašujuća knjiga, namijenjena ozbiljno zainteresiranima, ali ne i sasvim nepristupačna. Zamišljena je kao sveobuhvatan uvod u ozbiljnu matematičku fiziku za ljude bez formalne podloge u matematici ili fizici. Međutim, čitatelj ovdje mora biti spreman dosta promišljati o iznimno naprednim konceptima dok je prolazi. Knjiga je zapravo negdje između popularnoznanstvenog djela i udžbenika. Penrose se nije osobito suzdržavao s formulama i dijagramima kod svojih objašnjenja. Također, The Road to Reality nije knjiga koju možete pročitati u par sati – radi se o preko 1000 stranica matematike i teorijske fizike. Međutim, pokriva dovoljno materijala da vas može upoznati s nečime što malo pop-sci knjiga može, a to je kako točno ljudi poput Penrosea percipiraju stvarnost. Penrose je pokušao prenijeti ne samo koje matematičke i fizikalne koncepte poznaje, već i kako o njima razmišlja. Svatko tko dovrši ovu knjigu u cijelosti imat će sasvim promijenjenu percepciju stvarnosti, kao što sam naslov najavljuje.

Joše jedna izrazito zanimljiva knjiga, ali sa sasvim drugim ciljem, jest Cycles of Time. U njoj Penrose predstavlja svoj pokušaj rješavanja još jednog od najtežih mogućih pitanja – pitanje postanaka i budućnosti svemira. Opisuje novu teoriju ranog i kasnog svemira, tvrdeći da čitav svemir prolazi cikluse – počinje ultra-glatak i beskonačno malen, zatim se širi i omogućuje postojanje tvari, sve dok se sva nastala tvar ne pretvori u energiju Hawkingovim zračenjem na samom kraju života svemira – koji pak služi kao početak njegove sljedeće inačice. Ukratko, predlaže da će smrt našeg svemira ujedno biti Veliki prasak za neki drugi. Kao svaki kozmološki model, Penroseov prijedlog ima svoje mane, ali sama je knjiga zanimljiva i dosta pristupačno pisana. Dobar je izbor za bilo koga tko se zanima za velika kozmička pitanja, osobito ako je voljan pristupiti joj sa zrnom soli.

U dvjema knjigama, The Emperor’s New Mind and Shadows of the Mind, bavio se razumijevanjem prirode uma. Konkretno, iznio je kvantnu teoriju svijesti i objasnio njene implikacije, kao i iz čega je proizašla.

Fashion, Faith, and Fantasy in the New Physics of the Universe njegov je posljednji samostalni projekt, a radi se o kritici preuveličavanja značaja teorija čija je glavna vrijednost “ljepota”. S druge strane, možda najistaknutija od njegovih književnih suradnji, The Nature of Space and Time knjiga je koju je napisao zajedno sa Stephenom Hawkingom. Inspirirani slavnim Bohr-Einstein debatama, Hawking i Penrose u njoj raspravljaju o fizici i filozofiji fizike.

Sve u svemu, Sir Roger Penrose ima toliku publiku i priznanja s razlogom. Svi njegovi doprinosi, od minimalnih do nezamislivo značajnih, kolektivno čine bogatu znanstvenu karijeru koja je promijenila modernu znanost – a sve jednostavno zato što si nije htio dopustiti da ne sazna odgovore na zanimljiva pitanja ako može. Ako pogledate koji intervju s njim, primijetit ćete da se gotovo uvijek doima iskreno zainteresirano i uzbuđeno oko stvari o kojima raspravlja. On je čovjek koji je naučio – a i otkrio – toliko toga, ali svejedno živi prema sokratskom idealu prihvaćanja vlastita neznanja, iz kojeg vuče motivaciju da nastavlja izgrađivati svoj lik i djelo.


Ako ovo čitate kad je tek izašlo, uskoro možete uživo pogledati ovogodišnju ceremoniju dodjele Nobelovih nagrada. Sir Roger Penrose svoju će nagradu primiti 8. prosinca!

Je li vam bilo zanimljivo čitati o Rogeru Penroseu? Namjeravate li pročitati neku njegovu objavu ili možda već jeste? Recite nam u komentarima!

Autor Laura Busak

Laura je studentica fizike s velikom ljubavi za sve povezano sa svemirom. Voli svirati i slušati glazbu, čitati, promišljati i općenito raditi što god joj padne na pamet, nerijetko do bar 2 ujutro.

Odgovori

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

Ova web-stranica koristi Akismet za zaštitu protiv spama. Saznajte kako se obrađuju podaci komentara.