当地时间2020年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2020年诺贝尔物理学奖的一半授予罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)，以表彰其关于黑洞形成的证明成为广义相对论的有力证据。另一半由赖因哈德·根策尔 (Reinhard Genzel)和安德烈娅·盖兹 (Andrea Ghez)共享，表彰他们在银河系中心发现超高质量高密度物质。

    今年的诺贝尔物理学奖，或多或少有点出人意料。

    为什么这么说呢？其一，是因为诺贝尔物理学奖有一条不成文的规定：不会连续两年颁给同一领域，除非有重大的发现或理论证明，比如希格斯玻色子和引力波这样的突发事件。去年，诺贝尔物理学奖刚刚颁给了宇宙学和天体物理方面的3位物理学家（宇宙微波背景辐射和系外行星探测），而这一年间并没有什么重大发现，理论上今年不会再颁给这个领域的物理学家了，结果却让人大跌眼镜，今年再次颁给了宇宙学和天体物理学！彭罗斯凭黑洞形成理论拿走了一半，剩下一半由两位通过天文观测确定银河系中心存在黑洞和获得中心黑洞质量的科学家平分。

    其二，就是拿走了一半诺贝尔物理学奖的罗杰·彭罗斯，在很多人看来，更应该是一位数学家。彭罗斯是英国数学物理学家、牛津大学数学系名誉教授。你可能对这个名字有点陌生，但如果玩过《纪念碑谷》，看过《盗梦空间》，一定会记得里面出现过的一个永远都走不到头的楼梯——彭罗斯阶梯。

    彭罗斯阶梯是一个著名的几何学悖论，指的是一个始终向上或向下但永远走不到头的阶梯，它可以被视为彭罗斯三角形的一个变体，在此阶梯上永远无法找到最高点或者最低点。它是由彭罗斯和其父亲共同发明的。荷兰画家埃舍尔对此深感兴趣，在他的版画中就出现过彭罗斯阶梯。

    而彭罗斯在数学领域的成就不止于此（所以说他是数学家一点没错）。殿堂级的趣题大师马丁·加德纳曾在自己的《科学美国人》数学专栏中大篇幅地介绍过“彭罗斯铺陈”（也叫彭罗斯镶嵌）——一种非周期性铺陈方式。长久以来，在人们知道的所有用全等图形构成的非周期性铺陈方式的例子中，这些图形也能以周期性方式铺陈。是否存在着一些只能非周期性铺陈的镶嵌片集合呢？答案是存在的。1973年，在英国牛津大学任教的彭罗斯发现了一组6片强制产生非周期性铺陈的镶嵌片，后来，他又将它们减少到两片。这一对镶嵌形状甚至在建筑学中都闯出了名声，它们被制成瓷砖，频繁出现在装潢艺术中，建筑师们称之为彭罗斯瓷砖——“风筝”和“飞镖”。

    彭罗斯证明用这两种形状的铺陈是非周期性的，其中甚至蕴含了美学的价值，因为铺陈需要的风筝片数量是飞镖片数量的1.618…倍，瞧，这是黄金比例，用彭罗斯瓷砖可以创造出许多令人怦然心动的美丽图案。



    彭罗斯的发现甚至令大数学家康韦也为之倾倒，他对此进行了许多研究，得出了不少有趣的结论和美妙的图形。这一切都被加德纳收录在了他的专栏文章中，如果你想要了解更多这位新科诺贝尔物理学奖得主的数学成就，就快来看看下面这本有趣的著作吧。



《分形、取子游戏及彭罗斯铺陈》
作者：[美]马丁·加德纳
定价：38.00元
上海科技教育出版社
2017年8月出版