Stephen Hawking, el físico que rebobinó el universo y eliminó las partículas aumentadas de las regiones límite calientes de los agujeros negros, cumple hoy 76 años (8 de enero).
Además de ser un cosmólogo de renombre mundial, Hawking se ha convertido en un ícono de la cultura pop. Es una figura sorprendente: un genio acurrucado en un cuerpo en gran parte inmovilizado por la esclerosis lateral amiotrófica o ELA. Está respaldado por una silla de ruedas avanzada y se comunica con el mundo a través de un sistema raro y especializado que convierte los movimientos de un solo músculo en su mejilla en habla. En ese modo, apareció en "Star Trek: The Next Generation", "The Simpsons" y "The Big Bang Theory".
Pero el legado más duradero de Hawking será el físico más importante de la segunda mitad del siglo XX: un investigador que tomó los trabajos anteriores de figuras como Albert Einstein y Werner Heisenberg y los unió en algo que se aproximaba a una explicación coherente del comportamiento de El cosmos.
"Hay una singularidad en nuestro pasado"
Ninguna buena historia de genio comienza con nada menos que una explosión, por lo que es apropiado que el primer gran logro de Hawking fue también su tesis doctoral en la Universidad de Cambridge.
La tesis de Hawking, aprobada en 1966, hizo un argumento dramático: que todo el universo comenzó como un solo punto, infinitamente pequeño y denso y acurrucado sobre sí mismo, un punto al comienzo de todo. O, como luego escribiría, sucintamente: "Hay una singularidad en nuestro pasado".
Fue la primera descripción del Big Bang como se entiende comúnmente hoy: un punto infinitamente pequeño en los confines del tiempo que irrumpió en nuestro cosmos moderno y en constante expansión.
Como Hawking describió en su conferencia de 2005 "El origen del universo", su tesis llegó en un momento en que los científicos habían visto que los vastos tramos vacíos del espacio, los abismos entre las galaxias, se estaban expandiendo. Pero no estaban seguros de por qué. Algunos físicos propusieron versiones más débiles del concepto Big Bang, menos la singularidad. Pero otra teoría, llamada Steady State Universe, era dominante.
"A medida que las galaxias se separaron", dijo Hawking sobre el Universo del Estado Estacionario, "la idea era que se formarían nuevas galaxias a partir de la materia que se suponía que se crearía continuamente en todo el espacio. El universo habría existido para siempre y habría tenido el mismo aspecto". todo el tiempo."
En otras palabras, muchos científicos pensaron que el universo se estaba expandiendo, pero de una manera que no le dio principio ni fin.
Como biógrafo Kitty Ferguson escribió en su libro "Stephen Hawking: Una mente sin trabas" (Griffin de San Martín, 2012), Hawking luchó contra la depresión en los meses posteriores a su diagnóstico de ELA de 1963 a los 21 años, y si esa enfermedad mental persistía, podría Nunca he llegado a su tesis. Pero su depresión disminuyó cuando quedó claro que estaba superando las expectativas y cuando se le concedió una excepción de las reglas de Cambridge que rigen a los estudiantes graduados, lo que le permitió casarse con su primera esposa, Jane Wilde, según Ferguson.
Durante ese período antes de llegar al tema de su tesis doctoral, Hawking informó sentirse frustrado con la forma en que los investigadores se dedicaron al trabajo que consideró en última instancia trivial.
"La gente estaba muy contenta de encontrar alguna solución para las ecuaciones de campo; no preguntaron qué importancia física tenía, si es que tenía alguna", dijo más tarde en su conferencia de cumpleaños de 2002.
Esa frustración lo llevó a su primer roce de notoriedad. Según contó Ferguson, Hawking viajó en junio de 1964 para escuchar una conferencia de Fred Hoyle, un famoso astrónomo y defensor de la teoría del universo del estado estacionario. Durante la conferencia, Hawking se sintió tan frustrado que se puso de pie, apoyándose en su bastón, para desafiar uno de los resultados de Hoyle.
"Un asombrado Hoyle le preguntó a Hawking cómo podría juzgar si el resultado era correcto o incorrecto", escribió Ferguson. "Hawking respondió que lo había" solucionado ".
La audiencia quedó impresionada y Hoyle estaba "enfurecido" por este desconocido estudiante graduado que parecía haber destrozado la investigación del profesor en su cabeza en la conferencia, escribió Ferguson. (De hecho, Hawking se hizo amigo de uno de los estudiantes de Hoyle y comenzó a atacar la idea mucho antes de la conferencia).
Poco después, escribió Ferguson, Hawking aprendió sobre una teoría cosmológica desarrollada por el matemático Roger Penrose: que las singularidades, los puntos de densidad infinita y la curvatura espacio-tiempo teorizados en la relatividad general, podrían aparecer cuando estrellas suficientemente grandes colapsan sobre sí mismas.
"Hawking despegó desde allí", escribió Ferguson, "invirtió la dirección del tiempo y consideró lo que sucedería si un punto de densidad infinita y curvatura infinita del espacio-tiempo, una singularidad, explotara y se expandiera. Suponga que el universo comenzó como supongamos que el espacio-tiempo, acurrucado en un pequeño punto adimensional, explotó en lo que llamamos el Big Bang y se expandió hasta que se ve como se ve hoy. ¿Podría haber sucedido así? Debe ha sucedido así?
Hawking se puso a trabajar, respaldando su tren de especulaciones con sólidos cálculos de apoyo. Su tesis de doctorado, basada en esos cálculos, fue aprobada en 1966. Esos cálculos, junto con una investigación de seguimiento realizada en asociación con Penrose durante la década siguiente, formaron la base para la comprensión moderna de los científicos del Big Bang.
Casi al mismo tiempo, ciertas predicciones clave de la teoría del universo del estado estable comenzaron a fallar en las pruebas experimentales, consolidando el estado de Hawking como descubridor de la verdadera historia del universo primitivo.
¿Explosiones de agujeros negros?
Si el único logro de Hawking en su carrera fuera descubrir la forma histórica del universo, todavía sería un gigante, el tipo de persona mencionada junto a Rosalind Franklin, quien descubrió la forma de doble hélice del ADN, o Nicolaus Copernicus, quien primero propuso el modelo heliocéntrico del sistema solar. Pero ese fue solo el primero de los dos logros definitorios de Hawking.
El segundo, la radiación de Hawking, requiere un poco de comprensión de dos cosas: los agujeros negros y la mecánica cuántica del espacio vacío.
Primero, sobre los agujeros negros: un agujero negro es una estrella que se ha derrumbado sobre sí misma y se ha vuelto tan gravitacionalmente intensa que ni siquiera la luz puede escapar de una región alrededor de su centro. Más allá de ese punto, llamado horizonte de eventos, el espacio-tiempo es tan curvo que todo lo que queda detrás de la cubierta se pierde para siempre. Un agujero negro, según este entendimiento a principios de la década de 1970, nunca emite luz, nunca se contrae, nunca pierde masa; solo gana masa y dibuja más espacio en su territorio cubierto.
En segundo lugar, sobre la mecánica cuántica: en el momento de la carrera de Hawking, los científicos sabían desde hace tiempo que la incertidumbre de Heisenberg implicaba que el espacio vacío no está realmente vacío. En cambio, se agita con partículas "virtuales": pares de materia-antimateria que aparecen juntos, se separan y luego chocan entre sí y se aniquilan en un lapso de tiempo demasiado corto para medir. (Los científicos discuten hasta el día de hoy si esas partículas virtuales realmente existen o aparecen solo en ecuaciones cuánticas debido a su naturaleza extraña y probabilística).
A fines del verano de 1973, Stephen y Jane Hawking asistieron a una serie de conferencias en Varsovia, Polonia, para celebrar el 500 cumpleaños de Copérnico, escribió Ferguson. Allí, Hawking se encontró con dos físicos soviéticos, Yakov Borisovich Zel'dovich y su alumno Alexei Alexandrovich Starobinsky, quienes habían demostrado que la energía de los agujeros negros giratorios crearía partículas justo fuera de sus horizontes de eventos. Esas partículas caerían al espacio, dijeron Zel'dovich y Starobinsky en su conferencia, minando parte del giro del agujero negro a medida que avanzaban. Finalmente, dijeron Zel'dovich y Starobinsky, los agujeros negros dejarían de girar.
La idea quedó en la cabeza de Hawking, escribió Ferguson, y regresó a Cambridge para repetir y refinar los cálculos de Zel'dovich y Starobinksy. Pero cuando dio sus primeros golpes a sus resultados, algo nuevo se desarrolló.
"Descubrí, para mi sorpresa y molestia, que incluso los agujeros negros sin rotación aparentemente deberían crear y emitir partículas a un ritmo constante", escribió más tarde en su libro de 1988 "Una breve historia del tiempo".
He aquí por qué, como explicó en ese libro:
Si existen agujeros negros en el espacio y tienen horizontes de eventos definidos, y si el espacio se agita constantemente con "pares virtuales de partículas autoaniquilantes, entonces a veces esas partículas deben aparecer en los bordes de los horizontes de eventos de los agujeros negros. De hecho, algunos de esos pares de partículas deben aparecer perfectamente posicionados con una partícula de antimateria de masa negativa separada en un lado del horizonte de eventos y la otra partícula de materia de masa positiva separada en el otro lado.
Hawking se dio cuenta de que esa extraña circunstancia efectivamente "impulsaría" las partículas de su semiexistencia virtual a la realidad completa, ya que se habrían separado lo suficiente como para no aniquilarlas. Eso significaba que las partículas de energía y masa parecerían fluir desde la superficie de los horizontes de eventos de los agujeros negros. Y esa corriente de energía, que irradiaba hacia afuera de lo que los físicos habían creído anteriormente que eran cuerpos eternamente oscuros, tomó el nombre de radiación de Hawking, después de que la describió en un artículo de 1974 en Nature titulado "¿Explosiones de agujeros negros?"
La radiación de Hawking cambió profundamente la forma en que los físicos entendieron el universo. Antes de que Hawking se diera cuenta, los científicos creían que cualquier materia o energía perdida por un agujero negro había desaparecido del universo más amplio para siempre, de modo que los horizontes de eventos de los agujeros negros actuarían como paredes desde más allá de las cuales algunas de las cosas del universo nunca regresarían.
Pero el descubrimiento de Hawking mostró que los agujeros negros se deteriorarían cada vez más rápido con el tiempo. Por cada partícula positiva que fluye desde la superficie de un horizonte de eventos hacia el universo más amplio, una partícula negativa con energía y masa negativas volvería a caer en el espacio más allá del horizonte de eventos, reduciendo la masa total y la energía encerrada allí. Con el tiempo, ese proceso podría hacer que los agujeros negros se encojan. Y a medida que se encogieran, se volverían más activos con la radiación de Hawking y se reducirían más rápido.
Hawking predijo que el universo debe contener "agujeros negros primordiales" que surgieron no de estrellas colapsadas sino de las presiones extremas del universo primitivo. Estos agujeros negros, razonó, se habrían reducido considerablemente durante los miles de millones de años y sus pequeños horizontes de eventos producirían poderosos rayos de radiación de Hawking.
"Tales agujeros apenas merecían negro: son realmente blanco caliente", escribió en" Una breve historia del tiempo ".
Eventualmente, decidió Hawking, explotarían.
Cuando Hawking comenzó a compartir esta idea, Ferguson escribió en "Una mente sin trabas", sus compañeros la recibieron como brillante o herética. Cuando Penrose escuchó susurros, llamó a Hawking justo cuando el físico estaba sentado a su cena de cumpleaños de 1974 y lo felicitó por tanto tiempo que su cena se enfrió. Pero meses después, el moderador en el simposio donde Hawking presentó su propuesta se levantó para declararlo "basura absoluta".
Hoy, se considera un hecho científico básico.
Más allá de los agujeros negros
En las cuatro décadas y media desde "¿Explosiones de agujeros negros?" Hawking ha continuado publicando investigaciones que recogen los fundamentos del universo, incluidas las ideas que atacan sus propias contribuciones anteriores. (Véase, por ejemplo, el sorprendente titular de 2014 en Nature, "Stephen Hawking: No hay agujeros negros").
Hawking se ha hecho más famoso en su carrera posterior como comunicador científico. Ha seguido su clásico de 1988 "Una breve historia del tiempo" con 10 obras más de ciencia popular y una memoria titulada "Mi breve historia" (Random House, 2013).
Es imposible hablar sobre las enormes contribuciones de Hawking a la comprensión humana del universo sin reconocer el contexto de su salud en declive. Las dos contribuciones fundamentales de Hawking a la física se produjeron durante el mismo período en el que se transformó de un joven que podía caminar solo a un hombre que estaba confinado en una silla de ruedas, arrastraba el habla y dependía de su esposa para transcribir sus pensamientos. .
ALS paraliza el cuerpo, pero, al menos en el caso de Hawking, no daña la mente. Y para eso, escribió Ferguson, Hawking se ha considerado a sí mismo "sumamente afortunado".
"Era cierto en 1964, y es hoy", escribió Ferguson, "que, en lo que respecta a Hawking, cuanto menos resueltos sean sus problemas físicos, mejor. Reconocí en 1989, durante las entrevistas para mi primer libro sobre él, que si escribiera sobre su trabajo científico y no mencionara por completo que hacer tal trabajo posiblemente representara más un logro para él que para la mayoría de la gente, eso le habría quedado bien ".
Hawking se ha mostrado más cómodo discutiendo sobre discapacidad en el contexto de su activismo, que ha sido significativo. En 1999, se unió a un grupo de 12 figuras prominentes, incluido el activista sudafricano Desmond Tutu, al firmar una carta que llamaba a los gobiernos del mundo a transformar sus relaciones con sus poblaciones con discapacidad y ampliar los servicios que mejoran la vida de las personas con discapacidad.
Hawking también ha sido un destacado defensor de la atención médica universal y del Servicio Nacional de Salud (NHS) del Reino Unido, llegando a atacar al Secretario de Salud del Partido Conservador Jeremy Hunt en un discurso de agosto de 2017 por financiar y apoyar el programa de manera insuficiente.
"No estaría aquí sin el NHS", dijo Hawking.
Hawking tiende a llamar la atención por sus ideas sobre el futuro de la humanidad cuando comenta sobre inteligencia artificial o extraterrestres. Pero la mayor parte de sus pronunciamientos sobre el tema han sido más sencillos: oponerse a las guerras, preocuparse de que la desestimación del cambio climático por parte del presidente de los Estados Unidos, Donald Trump, pueda dañar el planeta y unirse al boicot académico mundial de Israel.
Live Science le desea a Hawking un feliz cumpleaños y muchos más.
