Introduction
Roger Penrose est l'une des figures intellectuelles les plus influentes et originales de la physique théorique et des mathématiques du XXe et XXIe siècles. Son œuvre, à la frontière entre les mathématiques pures et la physique fondamentale, a profondément renouvelé notre compréhension de l'espace-temps, de la gravité et de l'origine de l'univers. Collaborateur de longue date de Stephen Hawking, il est reconnu pour sa capacité à utiliser des raisonnements géométriques profonds pour résoudre des problèmes fondamentaux en cosmologie.
Jeunesse
Issu d'une famille intellectuelle (son père était généticien et sa mère médecin), Roger Penrose développe très tôt un intérêt pour les mathématiques. Il étudie à l'University College de Londres puis à l'Université de Cambridge, où il obtient son doctorat en 1957 sous la direction du cosmologue Dennis Sciama. Sa formation en géométrie algébrique et en topologie influencera durablement son approche de la physique. Il occupe ensuite des postes à Princeton, King's College London, Birkbeck College et enfin à l'Université d'Oxford, où il devient professeur Rouse Ball de mathématiques.
Decouvertes
Les découvertes de Penrose sont multiples et fondatrices. 1) **Théorèmes sur les singularités (1965)** : En utilisant des concepts topologiques, il démontre que, sous des conditions très générales, la formation d'une singularité (un point où les lois de la physique s'effondrent) est inévitable dans l'effondrement gravitationnel menant à un trou noir. Ce travail, complété avec Stephen Hawking qui l'appliqua à l'univers entier (Big Bang), constitue la pierre angulaire de la théorie moderne des trous noirs. 2) **Processus de Penrose (1969)** : Il propose un mécanisme théorique pour extraire de l'énergie et du moment angulaire d'un trou noir en rotation (trou noir de Kerr), un concept clé en astrophysique des hautes énergies. 3) **Pavages de Penrose (1974)** : Il découvre des pavages apériodiques du plan à deux formes simples (losanges), possédant un ordre à longue distance mais jamais répétitifs. Ces structures, liées au nombre d'or, préfigurent la découverte des quasi-cristaux en chimie (prix Nobel de chimie 2011). 4) **Théorie des twisteurs (années 1970)** : Il développe un cadre géométrique alternatif à l'espace-temps usuel, où les points sont des objets dérivés et les rayons lumineux sont les éléments primitifs, dans l'espoir d'unifier la relativité générale et la mécanique quantique.
Methode
La méthode de Penrose est profondément géométrique et visuelle. Contrairement à de nombreux physiciens théoriciens qui privilégient les équations différentielles, il aborde les problèmes par des diagrammes et des raisonnements topologiques. Son célèbre « diagramme de Penrose » (ou diagramme conforme) permet de représenter l'infini de l'espace-temps sur une page finie, révolutionnant l'analyse des propriétés globales des solutions en relativité générale. Son approche est caractérisée par une recherche de l'élégance mathématique et une intuition géométrique exceptionnelle.
Reconnaissance
Penrose a reçu de nombreuses distinctions prestigieuses. Outre le **prix Nobel de physique en 2020** (partagé avec Reinhard Genzel et Andrea Ghez), il a reçu le **prix Wolf de physique en 1988** (avec Stephen Hawking), la **médaille Copley de la Royal Society en 2008**, et le **prix Dirac en 1989**. Il a été anobli en 1994 pour ses services à la science. Il est membre de la Royal Society et de nombreuses académies à travers le monde.
Heritage
L'héritage de Penrose est immense. Ses théorèmes sur les singularités ont établi les trous noirs comme des objets physiques incontournables, ouvrant la voie à l'astrophysique des trous noirs moderne. Ses pavages apériodiques ont créé un nouveau champ en mathématiques et en science des matériaux. Sa théorie des twisteurs reste un programme de recherche actif. En dehors de la physique pure, il est également connu pour ses spéculations audacieuses sur les liens entre la mécanique quantique et la conscience, exposées dans des livres grand public comme « L'Esprit, l'ordinateur et les lois de la physique » (avec Stuart Hameroff). Il demeure une voix originale et influente dans le débat sur les fondements de la physique.
