Roger Penrose bestudeerde niet alleen zwarte gaten. Hij heeft ze in kaart gebracht.
De Britse wiskundige en relativist bracht de jaren zestig door met het berekenen van de basiskenmerken van deze kosmische monsters. Zijn werk was zo fundamenteel dat het hem in 2020 de Nobelprijs voor de natuurkunde opleverde. Hij heeft het niet alleen gewonnen. Hij deelde de eer met de Amerikaanse astronoom Andrea Ghez en de Duitse astronoom Reinhard Genzel.
Penrose’s pad naar de top verliep niet lineair. Hij behaalde zijn Ph.D. in algebraïsche meetkunde aan de Universiteit van Cambridge in 1957. Daarna stuiterde hij rond. Tijdelijke posten brachten hem naar universiteiten in Engeland en de Verenigde Staten. In 1964 vestigde hij zich als lezer aan het Birkbeck College in Londen en werd uiteindelijk hoogleraar toegepaste wiskunde. In 1973 verhuisde hij naar de Universiteit van Oxford om de Rouse-Ball-leerstoel Wiskunde te bekleden. In 1994 werd hij geridderd vanwege zijn verdiensten voor de wetenschap.
De singulariteit en de kaart
In 1969 deed Penrose iets opmerkelijks. Samen met Stephen Hawking bewees hij dat alle materie in een zwart gat instort tot een singulariteit.
Een singulariteit is een geometrisch punt in de ruimte. De massa wordt daar samengedrukt tot een oneindige dichtheid. Het volume daalt naar nul. Het is een plek waar de natuurkunde zoals wij die kennen kapot gaat.
Penrose ontwikkelde ook een manier om de gebieden van de ruimte-tijd rond een zwart gat in kaart te brengen. Ruimte-tijd is een vierdimensionaal continuüm. Het heeft drie dimensies van ruimte en één van tijd. Hij noemde deze kaarten Penrose-diagrammen.
Met een Penrose-diagram kun je de effecten van de zwaartekracht visualiseren op een entiteit die een zwart gat nadert.
Deze visualisatie is cruciaal. Het laat wetenschappers zien hoe de zwaartekracht de reis van alles dat erin valt, vervormt.
Tegelen en nadenken
Penrose’s nieuwsgierigheid stopte niet bij de kosmologie. Hij ontdekte Penrose-tegels. Dit is een reeks vormen die een vlak kunnen bedekken. De truc is dat er geen herhalend patroon wordt gebruikt. Het is aperiodiek. Het daagt ons begrip van orde en symmetrie uit.
Hij richtte zijn blik ook op de geest. Hoe werkt bewustzijn?
Hij voerde aan dat standaardfysica niet voldoende is. Kwantummechanica is nodig om de bewuste geest te verklaren. Hij legde dit uit in twee boeken: The Emperor’s New Mind (1989) en Shadows of the Mind (1994).
Zijn boek uit 2004, The Road to Reality, biedt een uitgebreid overzicht van wiskunde en natuurkunde. Het is een poging om alles met elkaar te verbinden.
Cycli van tijd
Penrose stopte daar niet. In 2010 publiceerde hij Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe. Hier stelde hij een conforme cyclische kosmologie voor.
Deze theorie beschouwt de oerknal niet als een eenmalige gebeurtenis. Het beschouwt het als een eindeloos terugkerend fenomeen. Het universum dijt uit, vervaagt en begint opnieuw.
De Royal Society erkende zijn brede impact al lang vóór de Nobelprijs. Zij kenden hem in 2008 de Copley Medal toe. Het is een van de oudste en meest prestigieuze wetenschappelijke prijzen ter wereld.
Penrose blijft grenzen verleggen. Van tegelvloeren tot aan de rand van het universum, hij vindt patronen waar anderen ze zien
