Sir Roger Penrose (nascido em 8 de agosto de 1931) é um matemático inglês, físico matemático e filósofo da ciência. É professor emérito de Matemática na Universidade de Oxford, fellow emérito do Wadham College, Oxford, e fellow honorário do St John's College, Cambridge, e do University College London. Compartilhou o Prêmio Wolf de Física de 1988 com Stephen Hawking pelos teoremas de singularidade de Penrose-Hawking, e o Prêmio Nobel de Física de 2020 "pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade". Ele propôs o triângulo de Penrose e correspondeu-se com M. C. Escher, influenciando suas obras Waterfall e Ascending and Descending. O ladrilhamento aperiódico que leva seu nome precedeu a descoberta dos quasicristais por Dan Shechtman.
Penrose ganhou o Royal Society Science Book Prize por The Emperor's New Mind (1989), que descreve suas visões sobre física e consciência. Ele o seguiu com The Road to Reality (2004), divulgado como "Um Guia Completo para as Leis do Universo".
Nascido em Colchester, Essex, Roger Penrose é filho de Margaret (nascida Leathes), médica, e Lionel Penrose, psiquiatra e geneticista. Seus avós paternos foram J. Doyle Penrose, um pintor nascido na Irlanda, e a Hon. Elizabeth Josephine Peckover, filha de Alexander Peckover, 1o. Barão Peckover; seus avós maternos foram John Beresford Leathes, um fisiologista, e Sonia Marie Natanson, uma pianista de concerto. Seu tio foi o artista Sir Roland Penrose, cujo filho com a fotógrafa americana Lee Miller é Antony Penrose. Penrose é irmão do físico Oliver Penrose, da geneticista Shirley Hodgson e do grande mestre de xadrez Jonathan Penrose. Seu padrasto foi o matemático e cientista da computação Max Newman. Ele encontrou inspiração nos livros de George Gamow sobre Mr. Tompkins: "Lembro-me de ler (ou de me lerem) as histórias de Tompkins quando era bem jovem, e tenho certeza de que sua magia foi responsável, em grande medida, pela grande emoção que a física fundamental tem despertado em mim pelo resto da minha vida."
Penrose passou a Segunda Guerra Mundial quando criança no Canadá, onde seu pai trabalhou em London, Ontário, no Ontario Hospital e na Western University. Penrose estudou na University College School. Depois, frequentou o University College London, onde obteve um diploma de BSc com Primeira Classe com Honras em matemática em 1952.
Em 1955, quando ainda era estudante de doutorado, Penrose reintroduziu a inversa generalizada de matriz de E. H. Moore, também conhecida como inversa de Moore-Penrose, depois que ela havia sido reinventada por Arne Bjerhammar em 1951. Tendo iniciado sua pesquisa sob a orientação do professor de geometria e astronomia W. V. D. Hodge, Penrose recebeu seu PhD em geometria algébrica no St John's College, Cambridge, em 1957, com sua tese intitulada "Tensor Methods in Algebraic Geometry" sob a supervisão do algebrista e geômetra John A. Todd. Ele criou e popularizou o triângulo de Penrose na década de 1950 em colaboração com seu pai, descrevendo-o como "impossibilidade em sua forma mais pura", e trocou material com o artista M. C. Escher, cujas representações anteriores de objetos impossíveis o inspiraram parcialmente. As obras Waterfall e Ascending and Descending de Escher foram, por sua vez, inspiradas por Penrose.
Como o crítico Manjit Kumar coloca:
Como estudante em 1954, Penrose estava participando de uma conferência em Amsterdã quando, por acaso, encontrou uma exposição do trabalho de Escher. Logo ele estava tentando criar figuras impossíveis próprias e descobriu o tribar – um triângulo que parece um objeto tridimensional sólido real, mas não é. Junto com seu pai, um físico e matemático, Penrose passou a projetar uma escada que sobe e desce simultaneamente. Um artigo se seguiu e uma cópia foi enviada a Escher. Completando um fluxo cíclico de criatividade, o mestre holandês das ilusões geométricas foi inspirado a produzir suas duas obras-primas.
Penrose passou o ano acadêmico de 1956-57 como assistente de palestrante no Bedford College (hoje Royal Holloway, University of London) e depois foi pesquisador visitante no St John's College, Cambridge. Durante esse período de três anos, casou-se com Joan Isabel Wedge, em 1959. Antes do fim da bolsa, Penrose ganhou uma NATO Research Fellowship para 1959-61, primeiro na Universidade de Princeton e depois na Universidade de Syracuse. Retornando à Universidade de Londres, Penrose passou 1961-1963 como pesquisador no King's College, London, antes de retornar aos Estados Unidos para passar 1963-64 como professor visitante associado na Universidade do Texas em Austin. Mais tarde, ocupou cargos visitantes na Yeshiva University, Princeton e na Cornell University durante 1966-67 e 1969.
Dennis Sciama chamou sua atenção da matemática pura para a astrofísica. Em 1964 no Birkbeck College, Penrose, segundo Kip Thorne do Instituto de Tecnologia da Califórnia, "revolucionou as ferramentas matemáticas que usamos para analisar as propriedades do espaço-tempo". Até então, o trabalho sobre a geometria curvilínea da relatividade geral estava confinado a configurações com simetria suficientemente alta para que as equações de Einstein pudessem ser resolvidas explicitamente, e havia dúvidas sobre se tais casos eram típicos. Uma abordagem para essa questão foi o uso da teoria de perturbação, conforme desenvolvida sob a liderança de John Archibald Wheeler em Princeton. A outra, e mais radicalmente inovadora, abordagem iniciada por Penrose foi ignorar a estrutura geométrica detalhada do espaço-tempo e, em vez disso, concentrar a atenção apenas na topologia do espaço, ou no máximo em sua estrutura conforme, pois é esta – determinada pela disposição dos cones de luz – que determina as trajetórias das geodésicas tipo luz e, portanto, suas relações causais. A importância do artigo de Penrose "Gravitational Collapse and Space-Time Singularities" (resumido grosso modo como que se um objeto como uma estrela em colapso implodir além de um certo ponto, então nada pode impedir que o campo gravitacional fique tão forte a ponto de formar algum tipo de singularidade) não foi seu único resultado. Também mostrou uma maneira de obter conclusões igualmente gerais em outros contextos, notadamente o do Big Bang cosmológico, que ele abordou em colaboração com o aluno de Sciama, Stephen Hawking.
Foi no contexto local do colapso gravitacional que a contribuição de Penrose foi mais decisiva, começando com sua conjectura de censura cósmica de 1969, no sentido de que quaisquer singularidades resultantes seriam confinadas dentro de um horizonte de eventos bem-comportado ao redor de uma região espaço-temporal oculta para a qual Wheeler cunhou o termo buraco negro, deixando uma região exterior visível com curvatura forte, mas finita, da qual parte da energia gravitacional pode ser extraída pelo que é conhecido como processo de Penrose, enquanto a acreção de matéria circundante pode liberar energia adicional que pode explicar fenômenos astrofísicos como quasares.
Dando sequência à sua "hipótese de censura cósmica fraca", Penrose prosseguiu, em 1979, formulando uma versão mais forte chamada "hipótese de censura forte".
Juntamente com a conjectura de Belinski-Khalatnikov-Lifshitz e questões de estabilidade não linear, o estabelecimento das conjecturas de censura é um dos problemas em aberto mais importantes na relatividade geral. Também de 1979 data a influente hipótese da curvatura de Weyl de Penrose sobre as condições iniciais da parte observável do universo e a origem da segunda lei da termodinâmica. Penrose e James Terrell perceberam independentemente que objetos viajando perto da velocidade da luz pareceriam sofrer uma distorção ou rotação peculiar. Esse efeito passou a ser chamado de rotação de Terrell ou rotação de Penrose-Terrell.
Em 1967, Penrose inventou a teoria dos twistors, que mapeia objetos geométricos no espaço de Minkowski para o espaço complexo quadridimensional com a assinatura métrica (2,2).
Penrose é bem conhecido por sua descoberta em 1974 dos ladrilhamentos de Penrose, que são formados por duas peças que só podem ladrilhar o plano de forma não periódica, e são os primeiros ladrilhamentos a exibir simetria rotacional de quinta ordem. Em 1984, tais padrões foram observados no arranjo de átomos em quasicristais. Outra contribuição notável é sua invenção em 1971 das redes de spin, que mais tarde vieram a formar a geometria do espaço-tempo na gravidade quântica em loop. Ele foi influente na popularização do que são comumente conhecidos como diagramas de Penrose (diagramas causais).