¿Por qué Stephen Hawking es tan importante para la ciencia?

La teoría del todo, película basada en la vida del físico, le significó un Óscar a Eddie Redmayne.

Su voz robótica es inconfundible. También su futurista silla de ruedas, conectada a un computador que le permite comunicarse. Cada vez que aparece en público deja titulares de prensa.

Stephen Hawking nació en Oxford (Inglaterra) el 8 de enero de 1942. Físico, con doctorado en el mismo campo, a los 21 años le diagnosticaron esclerosis lateral amiotrófica (ELA), una enfermedad que desgasta las células nerviosas hasta que ya no pueden enviar mensajes a los músculos. Y el pronóstico no fue alentador: dos o tres años más de vida.

En el 2013 cumplió medio siglo con su enfermedad, que no afecta los sentidos ni el intelecto, pero que solo le deja mover músculos del rostro. Con la mejilla derecha activa un sensor, ajustado a sus lentes, con el que define las palabras que el sintetizador de voz reproduce. Sus declaraciones levantan polvo en todo el mundo.

Habla de ciencia, de religión, de sus teorías. Es provocador, sobre todo con instituciones como la Iglesia, al lanzar mensajes con los que desacredita la hipótesis de un Dios que creó todo. Su carrera científica ha sido brillante. Durante 30 años ocupó, entre otros cargos, la posición de profesor lucasiano de matemáticas en la Universidad de Cambridge, un título que ostentó antes Isaac Newton, el padre de la física.

Pero en la misma medida en que ha sido alabado le han llovido críticas. No por sus teorías, como la radiación Hawking, las leyes de agujeros negros o la teoría del todo, que en el momento de comprobarse le merecerán un Nobel.

 

Cuestionan su búsqueda de controversia, porque muchos consideran que para la divulgación no es un ambiente sano.

Algunos creen que lo hace a propósito; otros, que son simplemente sus posturas. Más allá del científico, Hawking es un ícono. Es un símbolo de lucha, por la condición que padece, y un incansable divulgador de conocimiento.

Su figura ha aparecido en series como Los Simpsons y The Big Bang Theory, y encarnar su vida en La teoría del todo, una película que muestra la parte humana de este genio, le mereció el Óscar a mejor actor al británico Eddie Redmayne.

EL TIEMPO consultó a expertos para explicar detalles de las teorías más importantes de Hawking a lo largo de su carrera.

¿En qué consiste el efecto Hawking?

José Robel Arenas

Profesor investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Colombia

Los agujeros negros –que nacen inmortales–, también se pueden extinguir bajo los efectos de la física cuántica. Es decir, pueden evaporarse y desaparecer.

El paradigma de la relatividad general dice que los efectos de la gravedad se pueden entender curvando el espacio-tiempo. Algo como coger un balón y colocarlo sobre una tela estirada. El balón, por su masa, la deforma (curva el espacio y el tiempo).

Existen cuerpos compactos (como estrellas de grandes masas al final de sus vidas) que no solo deforman el espacio-tiempo, sino que pueden atrapar información, energía y materia, y las llevan a una región sin regreso. Así forman un agujero negro.

Con herramientas de la cuántica, Hawking logró una técnica para analizar la física relativista de agujeros negros. En ese universo de lo cuántico, el vacío está lleno de pares de partículas virtuales (no se ven directamente). Estas nacen conjuntas, se encuentran y se aniquilan porque una tiene energía positiva (partícula) y otra, negativa (antipartícula).

El efecto Hawking combina ese comportamiento del vacío con la estructura espaciotemporal en los agujeros negros. En el caso de que algo se acercara a un agujero negro, podría entrar en una región a partir de la cual, si da un paso, el agujero terminaría atrapándolo. Eso se llama horizonte de eventos o límite de no retorno.

Con la presencia del horizonte de eventos, la antipartícula, si se crea del lado interno de la frontera, facilitará la fuga de la partícula positiva hacia el infinito.

Así, la antipartícula resta masa al agujero negro y la partícula se aleja. Observadores desde la Tierra podrán detectarla como radiación que proviene de la región colapsada (agujero negro). Es la llamada radiación Hawking.

Para el observador, la entrada de antipartículas que aniquilan la masa del agujero terminará evaporándolo y haciendo que este muera.

Agujeros negros

Eduard Alexis Larrañaga

Profesor investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Colombia

Un agujero negro es una región del espacio con una cantidad de masa concentrada tan grande que no existe la posibilidad de que algún objeto cercano escape a su atracción gravitacional. Ni si quiera la luz. ¿Qué pasaría si una persona se para sobre la superficie de un planeta y lanza una piedra hacia arriba? Esta subirá durante un tiempo y la atracción que sufre hacia el planeta, debido a la gravedad, hará que caiga.

Pero si se lanza con una velocidad suficientemente grande, conocida como velocidad de escape, continuará subiendo y alejándose del planeta por siempre. El valor de la velocidad de escape depende de la gravedad y de la masa del planeta. Si tiene mucha masa, su gravedad es muy fuerte y la velocidad de escape será enorme.

Un agujero negro corresponde, entonces, a una concentración de tanta masa en una región tan pequeña que hace que la velocidad de escape sea mayor a la de la luz. Incluso si se enciende una linterna apuntando de manera vertical, el haz de luz será afectado por la gravedad y no podrá escapar. La idea de los agujeros negros no es reciente.

Las primeras nociones surgen en el siglo XVIII, pero la relatividad general de Einstein, en 1915, hizo que empezaran a tomarse en serio. En los 70, Hawking tomó como base estos estudios y logró una descripción de la evolución de los agujeros negros desde la física cuántica.

Teoría del todo y singularidades

Leonardo Castañeda

Profesor investigador del Observatorio Astronómico Nacional de Colombia

Computadores y celulares son desarrollos modernos producto de la mecánica cuántica, rama de la física que describe los fenómenos a escalas subatómicas, y que significa una de las mayores revoluciones en física del siglo XX.

Otra de ellas es la relatividad general, como es conocida la teoría de gravedad de Einstein, que trajo una visión nueva y geométrica de la gravedad. Es decir, en la forma de medir tiempo y longitud gobernados por la gravedad, enriqueciendo nuestro conocimiento con ideas como agujeros negros, teoría del big bang, agujeros de gusano y singularidades.

Todas ellas provienen del estudio de una de las empresas más ambiciosas de la mente humana: unificar en una sola teoría la ciencia que describe lo pequeño (como átomos y núcleos) y la gravedad, que domina las escalas astronómicas. Este es uno de los principales objetivos de la muy sonada por estos días teoría del todo.

En 1929, mientras observaba galaxias desde Monte Palomar (EE UU), el astrónomo Edwin Hubble descubrió que estas se alejan con una ley bastante curiosa: a mayor distancia, mayor velocidad. Estas observaciones obligaron a cuestionar que si el universo se está expandiendo, el volumen de la galaxia –la Vía Láctea– debió ser menor en el pasado.

Surgieron inquietudes como: ¿para qué época el volumen de nuestra galaxia era el de una pelota de ping-pong? ¿Es posible que ese volumen haya sido nulo en alguna época pasada? ¿Nos da el universo la posibilidad de indagar por el origen del espacio y del tiempo? Trabajos realizados por Hawking y Roger Penrose utilizando la relatividad mostraron la posible existencia de singularidades en el espacio y el tiempo.

Una de las características importantes de las singularidades es que, en estas, la teoría general de la relatividad pierde todo poder de predicción. El modelo actual del universo, basado en observaciones, predice que en el pasado todo estaba concentrado en una singularidad del espacio-tiempo. A partir de este estado, y como consecuencia de un mecanismo físico, a la fecha desconocido, y que se llama la gran explosión (big bang), se formó el universo.

Una breve historia del tiempo

Juan Diego Soler

Investigador del Instituto de Astrofísica Espacial de Francia
@juandiegosoler

Stephen Hawking es el físico vivo más reconocido en el mundo. Hoy es difícil encontrar una librería que no tenga alguna de sus obras de divulgación científica, pero en 1994, cuando encontré Una breve historia del tiempo, no tenía idea de quién era el autor, que terminaría definiendo lo que yo haría en la vida.

Tenía 12 años, y algunos días pasaba tiempo en la oficina de mi mamá, después del colegio. En el último cajón de un enorme archivador guardaban la caja de cartón con los 100 libros que en esos momentos constituían la biblioteca de la empresa.

Yo me aburría como una ostra esperando a que ella saliera de las reuniones y, sin mucho más que hacer, terminé canalizando mi agresividad preadolescente escuchando a Nirvana a todo volumen en un walkman, mientras pasaba las páginas de los tomos, que nadie más parecía notar. Entre ellos estaba un libro azul con estrellas en la portada. El prefacio lo firmaba Carl Sagan, que en esa época estaba, junto al "Pibe" Valderrama y Kurt Cobain, en mi panteón de héroes.

El libro comenzaba contando cómo en la antigüedad se pensaba que una tortuga sostenía el mundo, y en el segundo capítulo ya hablaba de la expansión del universo. Página tras página, veía por primera vez una discusión sobre el principio de incertidumbre, la flecha del tiempo o la teoría de la gran unificación. Lo mejor es que en todo el libro había solo una ecuación. Leerlo se convirtió en un acto de rebeldía contra el álgebra explicada con cuadritos de plástico, con los que me torturaban al comienzo del bachillerato.

Una breve historia del tiempo era física, la misma física que quería aprender cuando fui a la universidad. Después de leerlo, mi universo se hizo más grande y la Tierra se convirtió en una isla en el océano del espacio-tiempo. Como Woody Allen en la película Días de radio, nunca dejé de pensar en el espacio que se expande a cada segundo. Hawking no puede firmar sus libros, pero la única vez que pude verlo, en una de sus charlas, me llevé en la maleta aquel libro azul que nunca más volvió a la caja de cartón.

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