Stephen Hawking

Introducción

Sus teorías sobre la singularidad del Universo, el big-bang o explosión original del Cosmos, y los agujeros negros, han revolucionado la Física del siglo XX, abriendo nuevos horizontes a la investigación. Para muchos, Hawking supone la respuesta, en la segunda mitad del siglo, a lo que Albert Einstein realizó en la primera.

Stephen Hawking nació en Oxford (Gran Bretaña), en plena segunda guerra mundial. Fue el mayor de cuatro hermanos en una familia de intelectuales; su padre, un biólogo experto en la investigación de enfermedades tropicales, era catedrático del University College de Oxford.

La enorme curiosidad que siempre le ha acompañado le hizo interesarse por el mundo de la ciencia, inclinándose por las Matemáticas y la Física; las Ciencias Naturales le parecían demasiado inexactas. Fue un alumno mediocre en el bachillerato, hasta el punto de que su padre dudaba que pudiera aprobar el examen de ingreso en la Universidad de Oxford. No obstante, en 1959 llegó a la Universidad, y aunque con un expediente poco brillante, se graduó dejando una impresión de gran inteligencia, talento y una prodigiosa memoria, a sus profesores. Una beca le permitió realizar estudios de post-grado en la vecina Universidad de Cambridge, donde se especializó en Física Teórica y Cosmología.

No hay físico más famoso que él, pero no es premio Nobel. Ha aportado a la cosmología ideas originales y elegantes, aunque difíciles de confirmar. Y sus cambios de opinión siempre son noticia. ¿Qué hay en la mente de este gran científico?

Stephen Hawking

(Stephen William Hawking; Oxford, Reino Unido, 1942)

Nació exactamente 300 años después de la muerte de Galileo Galilei

Físico teórico británico. Estudió matemáticas y física en el University College de Oxford, donde se licenció en 1962. En 1966 se doctoró en el Trinity Hall de Cambridge. A principios de los años sesenta tuvo los primeros síntomas de esclerosis lateral amiotrofia (ELA), enfermedad degenerativa neuromuscular que no le ha impedido progresar en su actividad intelectual. (fig. 1.1)

Su interés científico se centró en el campo de la relatividad general, en particular en la física de los agujeros negros. En 1971 sugirió la formación, a continuación del big-bang, de numerosos objetos, denominados «mini agujeros negros», que contendrían alrededor de mil millones de toneladas métricas de masa, pero ocuparían solo el espacio de un protón.

En 1974 propuso, de acuerdo con las predicciones de la física cuántica, que los agujeros negros emiten partículas subatómicas hasta agotar su energía, para finalmente estallar. Ese mismo año fue elegido miembro de la Royal Society; tres años más tarde fue nombrado profesor de física gravitacional en Cambridge, donde dos años más tarde obtuvo la cátedra Lucasiana de matemáticas, la misma que ocupó Isaac Newton.

Sus esfuerzos para describir desde un punto de vista teórico las propiedades de los agujeros negros, así como la relación que estas propiedades guardan con las leyes de la termodinámica clásica y de la mecánica cuántica, se recogen en sus obras The Large Scale Structure of Space-Time (1973, en colaboración con G.F.R. Ellis), Superspace and Supergravity (1981), The Very Early Universe (1983), y el best-seller Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros (1988).  

Singularidad en el pasado

Stephen fue un niño debilucho y torpe de movimientos, pero en la escuela era brillante y sacaba buenas notas sin ningún esfuerzo. Terminó los estudios de física en Oxford con calificación de sobresaliente, lo que le abrió las puertas del Trinity Hall de la Universidad de Cambridge. Allí llegó en el otoño de 1962, a los 20 años, con la intención de profundizar en el conocimiento del cosmos.

A principios del siglo XX los cosmólogos abandonaron la venerable teoría de la gravitación universal de Newton en favor de la teoría general de la relatividad, propuesta por Albert Einstein en 1915. La teoría de Einstein combina el espacio y el tiempo en una única entidad de cuatro dimensiones, llamada espacio-tiempo. La presencia de materia y energía en este espacio-tiempo tiene un efecto parecido al de una bola de plomo en una cama elástica: hace que el espacio-tiempo se combe. La masa del Sol, por ejemplo, deforma el espacio-tiempo a su alrededor, lo que obliga a los planetas a desplazarse en torno suyo describiendo trayectorias curvas, como canicas que ruedan en un embudo. (fig. 1.2)

En la teoría general de la relatividad el movimiento de los cuerpos es consecuencia de la forma (o la geometría, como dicen los físicos) del espacio-tiempo, sin necesidad de ningún tipo de fuerza.

Una década más tarde, en 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que las galaxias no estaban quietas, sino que se separaban unas de otras. La causa más probable era que el propio Universo se expande, como si fuera un enorme globo. Hasta ese momento los científicos pensaban que el Universo era estático e inmutable. Pero si las galaxias se estaban separando, esto significaba que en el pasado estuvieron más juntas. ¿Hubo un momento del pasado en que todas las galaxias estuvieran infinitamente juntas, todas en un punto? La hipótesis de la gran explosión, basada en las observaciones de Hubble, supone que sí, pero durante 30 años persistió esta duda: ¿permiten las leyes de la física que existan acumulaciones de materia de densidad infinita, tales como el Universo al momento del big bang?

La respuesta estaba en la propia relatividad general y fue Stephen Hawking quien la encontró. Desde mediados de la década de 1960, se dedicó al estudio de las llamadas singularidades: puntos donde la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita. Hawking y el matemático británico Roger Penrose desarrollaron nuevas técnicas matemáticas para analizarlas.(fig. 1.3)

Finalmente, en 1970, consiguieron demostrar que, según la teoría general de la relatividad, tuvo que haber en el pasado del Universo un estado de densidad infinita, con toda la materia y energía concentradas en un espacio mínimo. Esa singularidad era el principio del Universo, el big bang o gran explosión, y también marcaría el inicio del tiempo. El trabajo de Hawking y Penrose, por cierto, terminaba de hundir la teoría del estado estacionario de Hoyle, lo que le dio a éste otro motivo para aborrecer a Hawking. Pero eso no era todo. Hawking y Penrose también demostraron que la relatividad general contempla, además de una singularidad inicial, una posible singularidad final para el Universo: si su expansión se fuera frenando poco a poco hasta revertirse, entonces el Universo empezaría a contraerse hasta llegar

...