【創(chuàng)作培育計劃】神奇的諾貝爾獲獎經(jīng)歷，源于少年時代對數(shù)學的熱愛

作者：核桃夾子工作室

2020年諾貝爾物理學獎被授予三位科學家，其中一位羅杰·彭羅斯分得了1/2的獎金。他獲獎的成果，源于1964年一次過馬路時的奇思妙想。當時彭羅斯和一位朋友走過一個十字路口，他腦中突然蹦出一個念頭：從廣義相對論應該可以推論出黑洞的存在。

彭羅斯立刻跑回辦公室，做完了核心定理的驗算證明，沒兩天就寫完全部論文。第二年，《物理評論快報》刊發(fā)了這篇論文。 2020年，這篇論文為彭羅斯帶來了諾貝爾物理學獎。

與我們刻板印象中的「課題研究一搞要搞幾年」不同，彭羅斯的這篇課題研究從萌發(fā)靈感到最終出稿，寥寥數(shù)天，速度未免也太快了。是什么原因讓彭羅斯的出稿速度如此神速？除了他那本身就很扎實的物理學功底，還有他無與倫比的數(shù)學能力。

實際上，彭羅斯的常用頭銜就是數(shù)學家mathematician，數(shù)學物理學家mathematical physicist。他在24歲的時候就發(fā)明了廣義逆矩陣。今天我們就簡單講講彭羅斯早期踏上數(shù)學之路的故事。

有一則關(guān)于愛因斯坦的都市傳說，大意說的是他兒童時期比較木訥遲鈍，做手工板凳也做不好，遭受到了老師和小伙伴們的歧視。這則故事毫無出處，當然是假的。有趣的是，類似的事卻真實地發(fā)生在彭羅斯身上。

彭羅斯當時8歲，一位小學老師給孩子們搞智力測驗。所謂的測驗題也很簡單，就是一個數(shù)字連續(xù)進行混合運算，類似(7+8)x3-9這樣的，孩子們用心算計算結(jié)果之后告訴老師。彭羅斯在規(guī)定時間里沒有得出答案，當時的老師據(jù)此認為他智力有問題，就很嫌棄地把他降到了三年級。所幸的是，三年級的數(shù)學老師很善解人意，他通過仔細觀察發(fā)現(xiàn)，彭羅斯并不是不會算，而僅僅是口算速度比較慢。所以在數(shù)學考試的時候，他特別允許彭羅斯可以超時答題。

2020年，彭羅斯獲得諾獎接受記者采訪，回憶起這段經(jīng)歷，還對那位老師表達了深深的感激之情。

當時非常常見的一幕是，數(shù)學考試時間到了，同學們都陸續(xù)交了答卷，彭羅斯還在慢慢計算。他透過教室窗戶，能看到同學們在開心地玩耍。等彭羅斯交了答卷，老師批閱之后發(fā)現(xiàn)他的得分驚人地高。事實證明，這位老師沒有看走眼，彭羅斯只是計算慢并不是數(shù)學不好，他的智力更是沒有問題。

彭羅斯開始對數(shù)學著迷起來，尤其是幾何學，時常在腦中蹦跶出一些奇思妙想來。有一次他看見水槽底部的圖案，就突發(fā)奇想地問爸爸：可以用無限多的六邊形鋪滿整個世界嗎？

他爸爸明確告訴他不行，但是「五邊形可以」。老爸隨后還帶著彭羅斯一起做了一堆五邊形的紙片模型來理解這個問題。彭羅斯和老爸制作幾何模型、繪畫有趣幾何圖案，是兩人的終身愛好，持續(xù)了很久。

在電影《盜夢空間》里，主角們用一個神奇的可以首尾循環(huán)的階梯擺脫了壞人們的追擊，那個階梯就叫彭羅斯階梯。彭羅斯階梯可以看作是彭羅斯三角的變體。這兩個奇異的幾何圖形的共同特點是可以被畫出來，但是在我們的現(xiàn)實世界里絕對不可能做出來。

這兩個圖形最早是1934年瑞典藝術(shù)家Oscar Reutersv?rd完成初始制作，彭羅斯和父親進一步設(shè)計推廣，將其變得為世人所知。父子倆在1958年2月的《英國心理月刊》中稱這類圖形叫“最純粹形式的不可能”。

彭羅斯的父親除了帶著兒子鉆研幾何世界，還帶著他進入更廣闊的科學世界。比如用簡易天文望遠鏡觀察星空。彭羅斯獲得諾獎之后表示，正是父親這樣一步步的引領(lǐng)，自己才會極度熱愛宇宙熱愛科學。

有趣的是，彭羅斯父親對兒子的職業(yè)期望卻不是科學家，而是長大后成為一名醫(yī)生。彭羅斯在獲得諾獎接受記者采訪時說：

我的父母都是醫(yī)生，我是三個兄弟中的一個。我的父母已經(jīng)放棄了我的哥哥，他顯然是要成為一名物理學家或其他什么。我的弟弟創(chuàng)紀錄地十次成為英國國際象棋冠軍，顯然是要去下棋他。所以父母決定由我來繼承醫(yī)學專業(yè)。我也這么認為。

彭羅斯自己也覺得長大后應該成為一名醫(yī)生，事情的轉(zhuǎn)折發(fā)生在他16歲的時候。校長挨個找學生們談話，詢問中學最后兩年的學習方向，并給出相應的指導。到了彭羅斯這，他說自己想重點學生物、化學和數(shù)學。校長說不能做組合，只能挑一個方向然后進行專精的學習。

"如果你想做數(shù)學，你不能做生物化學。如果你想做生物化學，你就不能做數(shù)學，你自己選擇吧。"

彭羅斯挑選了最喜愛數(shù)學，放棄了生物化學，也意味著放棄了從醫(yī)之路。彭羅斯回家之后把這個決定告訴了父母，盡管兩位家長非常惱火，但還是尊重了彭羅斯本人的意愿。

至此，天才彭羅斯沖上了最合適他奮斗的一條事業(yè)賽道，開啟了對數(shù)學、物理的深度探索。

熟悉了彭羅斯走向科學的早期人生經(jīng)歷之后，我們很容易意識到，他日后在數(shù)學、物理領(lǐng)域大放光彩，看似偶然其實也是必然。無論是「用多邊形鋪滿世界」，還是「最純粹形式的不可能」，本質(zhì)上都是一件事，用奇思妙想的方式琢磨世界，是彭羅斯從小就習慣做的事。多年之后，他行走在馬路當中，思考起深奧的宇宙問題，依然還是用奇思妙想的方式琢磨世界。

數(shù)學一生，思考一生。

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