Roger Penrose: จากรูปทรงที่เป็นไปไม่ได้ สู่รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์
มีนักคณิตศาสตร์ไม่กี่คนที่ผลงานของพวกเขาโด่งดังในโลกศิลปะพอ ๆ กับในวงการวิทยาศาสตร์ Roger Penrose นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ คือหนึ่งในนั้น เขาเกิดเมื่อวันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ. 1931 ที่เมือง Colchester ประเทศอังกฤษ ในครอบครัวนักวิชาการที่เต็มไปด้วยความสนใจด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ก่อนจะเติบโตขึ้นมาเป็นผู้บุกเบิกทั้งเรขาคณิตล้ำสมัยและฟิสิกส์ทฤษฎีเกี่ยวกับหลุมดำ จนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2020
รูปทรงที่เป็นไปไม่ได้และการปูกระเบื้องที่ไม่ซ้ำแบบ
ก่อนจะเป็นที่รู้จักในวงการฟิสิกส์ Penrose ได้สร้างชื่อในวงการคณิตศาสตร์บริสุทธิ์ด้วยผลงานที่แปลกตาและงดงามในเชิงเรขาคณิต หนึ่งในนั้นคือ สามเหลี่ยมเพนโรส (Penrose triangle) รูปทรงสามมิติที่ดูเหมือนจะสร้างขึ้นจริงได้เมื่อมองจากมุมใดมุมหนึ่ง แต่แท้จริงแล้วเป็น “รูปทรงที่เป็นไปไม่ได้” ในเชิงเรขาคณิตสามมิติ ซึ่งภายหลังกลายเป็นแรงบันดาลใจสำคัญให้กับศิลปิน M. C. Escher ในการสร้างภาพลวงตาอันโด่งดัง
อีกผลงานหนึ่งที่ทำให้ชื่อของ Penrose เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางคือ การปูกระเบื้องเพนโรส (Penrose tiling) ระบบการปูกระเบื้องด้วยรูปทรงเพียงไม่กี่แบบที่สามารถปกคลุมพื้นที่ได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่เกิดรูปแบบซ้ำเป็นคาบ (aperiodic tiling) ซึ่งเป็นการค้นพบที่ท้าทายความเข้าใจเดิมเกี่ยวกับความสมมาตรในเรขาคณิต และภายหลังพบว่ามีความเชื่อมโยงอย่างน่าประหลาดใจกับโครงสร้างของวัสดุที่เรียกว่าควาซิคริสตัล (quasicrystals) ในธรรมชาติ
จากเรขาคณิตสู่ทฤษฎีสัมพัทธภาพและหลุมดำ
Penrose ศึกษาคณิตศาสตร์ที่ University College London และศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ก่อนจะผันตัวเข้าสู่วงการฟิสิกส์ทฤษฎี ในปี 1965 เขาได้พิสูจน์ทฤษฎีบทสำคัญที่แสดงให้เห็นว่า หลุมดำเป็นผลลัพธ์ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ทางคณิตศาสตร์ ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เมื่อดาวมวลมากยุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเอง งานวิจัยชิ้นนี้ซึ่งต่อมาพัฒนาร่วมกับ Stephen Hawking กลายเป็นรากฐานสำคัญของทฤษฎีภาวะเอกฐาน (singularity theorems) และเป็นผลงานที่ทำให้เขาได้รับ รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2020 ร่วมกับ Reinhard Genzel และ Andrea Ghez ผู้ค้นพบหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก
นักคิดผู้ท้าทายกรอบความเข้าใจ
นอกจากผลงานด้านเรขาคณิตและฟิสิกส์หลุมดำแล้ว Penrose ยังเป็นที่รู้จักจากแนวคิดที่ท้าทายและเป็นที่ถกเถียงในวงกว้าง เช่นข้อเสนอเรื่องความเชื่อมโยงระหว่างกลศาสตร์ควอนตัมกับจิตสำนึกของมนุษย์ในหนังสือ “The Emperor’s New Mind” รวมถึงแนวคิดจักรวาลวิทยาแบบ Conformal Cyclic Cosmology ที่เสนอว่าจักรวาลอาจผ่านวัฏจักรการเกิดใหม่ซ้ำแล้วซ้ำเล่า แนวคิดเหล่านี้แม้จะยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในวงการ แต่ก็สะท้อนถึงความกล้าคิดนอกกรอบที่เป็นเอกลักษณ์ของเขาตลอดชีวิตการทำงาน
ตลอดอาชีพการงาน Penrose ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ Rouse Ball สาขาคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด และได้รับการสถาปนาเป็นอัศวิน (knighted) ในปี 1994 จากผลงานอันโดดเด่นด้านคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ เรื่องราวของเขาแสดงให้เห็นว่าความคิดสร้างสรรค์ทางเรขาคณิตที่ดูเหมือนเป็นเพียงเกมปริศนาทางสายตา แท้จริงแล้วอาจเชื่อมโยงลึกซึ้งไปถึงโครงสร้างพื้นฐานที่สุดของจักรวาลได้เช่นกัน
