Physicien et mathématicien britannique né en 1931, Roger Penrose est connu pour ses travaux sur les singularités gravitationnelles, les trous noirs et la cosmologie. Prix Nobel de physique 2020, il a également développé des théories controversées sur la conscience et la mécanique quantique.
Roger Penrose(1931 — ?)
Roger Penrose
Royaume-Uni
10 min de lecture
Questions fréquentes
Citations célèbres
« La conscience est quelque chose qui ne peut pas être simulé par un ordinateur.»
« Les mathématiques ne sont pas inventées, elles sont découvertes.»
Faits marquants
- Né le 8 août 1931 à Colchester, Angleterre
- 1965 : démontre avec Stephen Hawking les théorèmes sur les singularités des trous noirs
- Invente les pavages apériodiques de Penrose (1974), utilisés en cristallographie
- Publie 'L'Esprit, l'ordinateur et les lois de la physique' (1989) sur la conscience
- Prix Nobel de physique 2020 pour la découverte que la formation d'un trou noir est une prédiction robuste de la relativité générale
Œuvres & réalisations
Premier résultat mathématique prouvant rigoureusement que les trous noirs — régions de l'espace-temps où la gravité est si forte que rien ne peut s'en échapper — sont une conséquence inévitable de la relativité générale. Ce théorème transforme les trous noirs d'hypothèse exotique en prédiction physique solide, et vaut à Penrose le prix Nobel de physique en 2020.
Mécanisme théorique par lequel de l'énergie peut être extraite d'un trou noir en rotation (dit 'de Kerr') en exploitant la région appelée ergosphère. Ce processus a des implications majeures pour la compréhension de l'évolution à long terme des trous noirs et de l'énergie cosmique.
Découverte de deux formes géométriques simples permettant de couvrir un plan entier de façon non périodique — sans jamais se répéter exactement. Ces pavages, qui présentent une symétrie d'ordre 5 interdite dans les cristaux ordinaires, préfigurent la découverte des quasicristaux et ouvrent un nouveau champ en mathématiques et en physique des matériaux.
Cadre mathématique original imaginé par Penrose pour reformuler les lois de la physique en remplaçant l'espace-temps usuel par un espace abstrait de 'twisteurs'. Cette théorie, encore explorée aujourd'hui, cherche à unifier la relativité générale et la mécanique quantique d'une façon radicalement différente des approches habituelles.
Ouvrage grand public dans lequel Penrose défend la thèse que la conscience humaine ne peut pas être reproduite par un algorithme informatique, car elle mobiliserait des processus relevant de la mécanique quantique. Bestseller mondial, le livre provoque un vif débat entre physiciens, philosophes et spécialistes de l'intelligence artificielle.
Somme encyclopédique de plus de 1000 pages exposant l'ensemble des lois mathématiques et physiques qui gouvernent l'univers, depuis la géométrie euclidienne jusqu'à la théorie des cordes et la cosmologie quantique. Penrose y développe aussi ses critiques de certains paradigmes dominants, notamment la théorie de l'inflation cosmique.
Théorie cosmologique originale développée dans 'Cycles of Time' selon laquelle notre univers n'est qu'un 'éon' dans une succession infinie d'univers : la mort thermique de chaque univers constitue le Big Bang du suivant. Cette hypothèse, encore débattue, propose un regard radicalement nouveau sur l'origine et la fin de l'univers.
Anecdotes
En 1965, Roger Penrose publie un article révolutionnaire prouvant mathématiquement que les trous noirs sont une conséquence inévitable de la relativité générale d'Einstein, et non de simples curiosités théoriques. Ce théorème des singularités, développé en collaboration avec Stephen Hawking, transforme radicalement la façon dont les physiciens comprennent l'univers. C'est précisément ce travail qui lui vaudra le prix Nobel de physique en 2020, soit cinquante-cinq ans plus tard.
Dans les années 1970, Penrose s'amuse à résoudre un problème géométrique en apparence anodin : comment paver un plan sans répétition ? Il découvre qu'il suffit de deux formes simples, le 'cerf-volant' et la 'flèche', pour couvrir une surface infinie de façon non périodique. Ces célèbres 'pavages de Penrose' inspirent des artistes, des architectes, et trouvent même une application scientifique inattendue dans la structure des quasicristaux découverts en 1984.
Avec son père, le généticien Lionel Penrose, Roger conçoit dans les années 1950 le 'triangle de Penrose' et 'l'escalier impossible', des figures géométriques qui semblent plausibles en deux dimensions mais sont physiquement irréalisables en trois dimensions. L'artiste néerlandais M.C. Escher, fasciné par ces illusions, s'en inspire directement pour ses célèbres gravures 'Montée et Descente' et 'Cascade'. Cette collaboration inattendue entre science et art illustre la dimension créatrice de la pensée mathématique.
En 1989, Penrose publie 'L'Esprit, l'ordinateur et les lois de la physique', un ouvrage dans lequel il soutient une thèse provocatrice : la conscience humaine ne peut pas être simulée par un ordinateur, car elle impliquerait des processus quantiques dans les neurones. Cette position, développée avec l'anesthésiste Stuart Hameroff sous le nom de théorie 'Orch OR', est vivement contestée par les spécialistes de l'intelligence artificielle mais continue d'alimenter des débats philosophiques majeurs sur la nature de la pensée.
En octobre 2020, à l'âge de 89 ans, Roger Penrose apprend qu'il est lauréat du prix Nobel de physique — une récompense pour des travaux menés plus d'un demi-siècle auparavant. Il devient l'un des lauréats Nobel les plus âgés de l'histoire. Penrose raconte qu'il a d'abord cru à une erreur lorsqu'il a reçu l'appel de Stockholm, tant l'attente avait été longue. Cette reconnaissance tardive illustre la patience que requiert parfois la science fondamentale.
Sources primaires
It is shown that a singularity of space-time is an inevitable result of the present expanding state of the universe, given only (i) Einstein's equations, (ii) an inequality on the energy tensor, (iii) a global condition on causal structure.
I believe that the phenomenon of consciousness cannot be accommodated within the framework of present-day physical theory. The missing science of consciousness is not yet at hand, but it will be needed before we can properly understand what it is that makes for the difference between a 'mere' computation and genuine understanding.
The purpose of this book is to convey to the reader some feeling for what is surely one of the most important and exciting voyages of discovery that humanity has ever undertaken. This is the search for the deep principles that underlie all natural phenomena.
In this article I describe a remarkable set of aperiodic tiles which use just two shapes. They tile the entire plane but only in a non-periodic way.
I am postulating that a new aeon — a new universe — springs into being at the remote future conformal boundary of the previous one.
Lieux clés
Ville natale de Roger Penrose, né le 8 août 1931. Ses parents, tous deux scientifiques, l'élèvent dans un environnement intellectuellement stimulant où mathématiques et sciences font partie du quotidien dès l'enfance.
Penrose y prépare et soutient son doctorat en mathématiques en 1955. C'est dans ce haut lieu de la physique théorique mondiale qu'il rencontre Dennis Sciama, mentor influent, et entre dans les cercles de la relativité générale.
Penrose y passe la majorité de sa carrière académique, occupant la chaire de Rouse Ball Professor of Mathematics de 1973 à 1998. C'est depuis Oxford qu'il publie ses travaux majeurs sur les pavages, la cosmologie et la conscience.
Penrose séjourne à plusieurs reprises dans ce centre de recherche d'élite, notamment dans les années 1950-1960. Ces séjours lui permettent d'entrer en contact avec les physiciens américains travaillant sur la relativité générale et d'élargir sa vision de la physique théorique.
Lieu de remise du prix Nobel de physique en décembre 2020. La cérémonie se tient dans un format inédit en raison de la pandémie de COVID-19 : Penrose, âgé de 89 ans, reçoit sa médaille et son diplôme de manière décentralisée, mais la reconnaissance mondiale est intacte.
Objets typiques
Comme la plupart des mathématiciens et physiciens théoriciens de sa génération, Penrose travaille principalement au tableau noir. Il dessine à la main des diagrammes géométriques complexes, des espaces courbes et des figures impossibles pour visualiser et partager ses idées.
Penrose invente une représentation graphique spéciale permettant de visualiser la structure causale de l'espace-temps autour d'un trou noir sur une feuille de papier finie. Ces diagrammes, devenus des outils fondamentaux de la physique théorique, sont omniprésents dans ses cours et publications.
Les deux tuiles asymétriques inventées par Penrose — le 'cerf-volant' et la 'flèche' — constituent son outil de travail pour explorer la géométrie apériodique. Des maquettes physiques de ces formes trônent sur les bureaux de nombreux mathématiciens dans le monde.
Ce triangle en trois dimensions apparent, inventé avec son père dans les années 1950, est une figure géométrique physiquement impossible. Sa reproduction, affichée dans son bureau, rappelle la capacité de l'esprit humain à percevoir des structures que les ordinateurs ne peuvent pas détecter comme contradictoires.
Penrose est réputé pour sa capacité à remplir des pages entières d'équations et de croquis géométriques lors de ses voyages en train ou en avion. Il décrit lui-même ses meilleurs moments de réflexion comme survenant lors de déplacements, stylo en main.
Bien que physicien théoricien, Penrose travaille en dialogue constant avec les observations astronomiques. Les images de noyaux galactiques actifs et de candidats trous noirs alimentent ses réflexions sur les singularités et la cosmologie.
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Vie quotidienne
Matin
Roger Penrose commence généralement sa journée tôt, souvent avec un café ou un thé — fidèle aux habitudes britanniques. Il consacre ses premières heures, qu'il juge les plus productives, à la réflexion mathématique pure : calme dans son bureau à Oxford, il noircit des feuilles de croquis géométriques à la main avant même d'ouvrir son courrier ou ses e-mails.
Après-midi
Ses après-midis sont rythmés par les séminaires, cours et réunions propres à la vie universitaire. Penrose est réputé pour l'accessibilité de ses conférences, qu'il illustre toujours de nombreux dessins au tableau. Il aime débattre longuement avec ses collègues et étudiants, parfois jusqu'à perdre la notion du temps.
Soir
Les soirées de Penrose sont souvent consacrées à la lecture, à la réflexion informelle et aux discussions avec sa famille. Grand amateur d'art, il entretient une correspondance avec des artistes et fréquente les musées. Il est aussi connu pour trouver ses meilleures intuitions lors de voyages en train ou en avion, carnet de notes toujours à portée de main.
Alimentation
Penrose mène une vie sobre et assez typique de l'intelligentsia britannique de sa génération : repas simples pris souvent au college d'Oxford ou chez lui, avec une préférence affichée pour les habitudes alimentaires locales. Il ne prête guère d'intérêt particulier à la gastronomie, préférant consacrer son attention aux idées.
Vêtements
Dans ses apparitions publiques et ses cours, Penrose adopte la tenue classique du professeur britannique : veston sobre, souvent une chemise et une cravate. Son style vestimentaire discret tranche avec la flamboyance de certaines célébrités scientifiques contemporaines. Après sa retraite formelle, il adopte une tenue plus décontractée tout en conservant cette sobriété.
Habitat
Penrose a résidé la majeure partie de sa vie académique à Oxford et dans ses environs, dans des logements universitaires ou des maisons de quartier résidentiel typiques des villes universitaires anglaises. Son bureau chez lui, comme celui de son bureau à l'université, est encombré de livres, de diagrammes mathématiques et de modèles géométriques en papier ou en bois.
Frise contextuelle
Vocabulaire d'époque
Liens externes & ressources
Références
Œuvres
Théorème de singularité de Penrose
1965
Processus de Penrose
1969
Pavages apériodiques de Penrose
1974
Théorie des twisteurs
1967
L'Esprit, l'ordinateur et les lois de la physique (The Emperor's New Mind)
1989
La Route de la Réalité (The Road to Reality)
2004
Cosmologie conforme cyclique (CCC)
2010
