天天热资讯！神奇的诺贝尔获奖经历，源于少年时代对数学的热爱

2022-08-17 17:04:26 来源：科普中国

2020年诺贝尔物理学奖被授予三位科学家，其中一位罗杰·彭罗斯分得了1/2的奖金。他获奖的成果，源于1964年一次过马路时的奇思妙想。当时彭罗斯和一位朋友走过一个十字路口，他脑中突然蹦出一个念头：从广义相对论应该可以推论出黑洞的存在。

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彭罗斯立刻跑回办公室，做完了核心定理的验算证明，没两天就写完全部论文。第二年，《物理评论快报》刊发了这篇论文。 2020年，这篇论文为彭罗斯带来了诺贝尔物理学奖。

与我们刻板印象中的「课题研究一搞要搞几年」不同，彭罗斯的这篇课题研究从萌发灵感到最终出稿，寥寥数天，速度未免也太快了。是什么原因让彭罗斯的出稿速度如此神速？除了他那本身就很扎实的物理学功底，还有他无与伦比的数学能力。

实际上，彭罗斯的常用头衔就是数学家mathematician，数学物理学家mathematical physicist。他在24岁的时候就发明了广义逆矩阵。今天我们就简单讲讲彭罗斯早期踏上数学之路的故事。

有一则关于爱因斯坦的都市传说，大意说的是他儿童时期比较木讷迟钝，做手工板凳也做不好，遭受到了老师和小伙伴们的歧视。这则故事毫无出处，当然是假的。有趣的是，类似的事却真实地发生在彭罗斯身上。

彭罗斯当时8岁，一位小学老师给孩子们搞智力测验。所谓的测验题也很简单，就是一个数字连续进行混合运算，类似(7+8)x3-9这样的，孩子们用心算计算结果之后告诉老师。彭罗斯在规定时间里没有得出答案，当时的老师据此认为他智力有问题，就很嫌弃地把他降到了三年级。所幸的是，三年级的数学老师很善解人意，他通过仔细观察发现，彭罗斯并不是不会算，而仅仅是口算速度比较慢。所以在数学考试的时候，他特别允许彭罗斯可以超时答题。

2020年，彭罗斯获得诺奖接受记者采访，回忆起这段经历，还对那位老师表达了深深的感激之情。

当时非常常见的一幕是，数学考试时间到了，同学们都陆续交了答卷，彭罗斯还在慢慢计算。他透过教室窗户，能看到同学们在开心地玩耍。等彭罗斯交了答卷，老师批阅之后发现他的得分惊人地高。事实证明，这位老师没有看走眼，彭罗斯只是计算慢并不是数学不好，他的智力更是没有问题。

彭罗斯开始对数学着迷起来，尤其是几何学，时常在脑中蹦跶出一些奇思妙想来。有一次他看见水槽底部的图案，就突发奇想地问爸爸：可以用无限多的六边形铺满整个世界吗？

他爸爸明确告诉他不行，但是「五边形可以」。老爸随后还带着彭罗斯一起做了一堆五边形的纸片模型来理解这个问题。彭罗斯和老爸制作几何模型、绘画有趣几何图案，是两人的终身爱好，持续了很久。

在电影《盗梦空间》里，主角们用一个神奇的可以首尾循环的阶梯摆脱了坏人们的追击，那个阶梯就叫彭罗斯阶梯。彭罗斯阶梯可以看作是彭罗斯三角的变体。这两个奇异的几何图形的共同特点是可以被画出来，但是在我们的现实世界里绝对不可能做出来。

这两个图形最早是1934年瑞典艺术家OscarReutersvärd完成初始制作，彭罗斯和父亲进一步设计推广，将其变得为世人所知。父子俩在1958年2月的《英国心理月刊》中称这类图形叫“最纯粹形式的不可能”。

彭罗斯的父亲除了带着儿子钻研几何世界，还带着他进入更广阔的科学世界。比如用简易天文望远镜观察星空。彭罗斯获得诺奖之后表示，正是父亲这样一步步的引领，自己才会极度热爱宇宙热爱科学。

有趣的是，彭罗斯父亲对儿子的职业期望却不是科学家，而是长大后成为一名医生。彭罗斯在获得诺奖接受记者采访时说：

我的父母都是医生，我是三个兄弟中的一个。我的父母已经放弃了我的哥哥，他显然是要成为一名物理学家或其他什么。我的弟弟创纪录地十次成为英国国际象棋冠军，显然是要去下棋他。所以父母决定由我来继承医学专业。我也这么认为。

彭罗斯自己也觉得长大后应该成为一名医生，事情的转折发生在他16岁的时候。校长挨个找学生们谈话，询问中学最后两年的学习方向，并给出相应的指导。到了彭罗斯这，他说自己想重点学生物、化学和数学。校长说不能做组合，只能挑一个方向然后进行专精的学习。

"如果你想做数学，你不能做生物化学。如果你想做生物化学，你就不能做数学，你自己选择吧。"

彭罗斯挑选了最喜爱数学，放弃了生物化学，也意味着放弃了从医之路。彭罗斯回家之后把这个决定告诉了父母，尽管两位家长非常恼火，但还是尊重了彭罗斯本人的意愿。

至此，天才彭罗斯冲上了最合适他奋斗的一条事业赛道，开启了对数学、物理的深度探索。

熟悉了彭罗斯走向科学的早期人生经历之后，我们很容易意识到，他日后在数学、物理领域大放光彩，看似偶然其实也是必然。无论是「用多边形铺满世界」，还是「最纯粹形式的不可能」，本质上都是一件事，用奇思妙想的方式琢磨世界，是彭罗斯从小就习惯做的事。多年之后，他行走在马路当中，思考起深奥的宇宙问题，依然还是用奇思妙想的方式琢磨世界。

数学一生，思考一生。

关键词：奇思妙想生物化学