¿Así que también te afectó la noticia de Hawking? Cosas así
nos dan perspectiva del momento histórico en que estamos, como la caída del
muro o la muerte de Nelson Mandela. Aquí algunos datos ordenados-desordenados:
El detalle de las
fechas:
Nació el 8 de enero de 1942. Ese año marca el tercer centenario del fallecimiento
de Galileo Galilei, así como el del nacimiento de Isaac Newton (en el
calendario antiguo de Inglaterra). Además, Stephen fallece el 14 de marzo,
fecha que coincide con el cumpleaños de Einstein.
Sus aportaciones
científicas.
1. La radiación de Hawking y las leyes de agujeros negros. Ambas cosas van sumamente ligadas, y ambas no fueron originadas del todo por él. Es útil notar que las leyes de la termodinámica son pilares fundamentales en la física, y probablemente las que más vayan a sobrevivir la prueba del tiempo. En especial, la Ley 1 indica la conservación la energía, mientras que la Ley 2 define la entropía, una manera de medir “desorden” (sea lo que sea eso) en la distribución de la energía, y muestra que esta cantidad aumenta en el tiempo (por ejemplo un balón rebotando redistribuye -desordena- su energía de movimiento original calentando aire, piso y a sí mismo, dejando de botar muy pronto).
Con ideas previas de Jakob Bekenstein,
respecto a que los agujeros negros debían tener una especie de temperatura y
entropía, Hawking llegó a la conclusión de que los agujeros negros emiten
radiación, así como que satisfacen leyes análogas a las de termodinámica. Este
resultado tenía además un antecedente, pues el mismo Hawking había escuchado
recientemente del ruso Yakov Zel'dovich la idea de que un agujero negro rotando
podría emitir radiación, perdiendo energía.
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| Explicación sencilla de cómo se da la radiación de Hawking. |
El concepto análogo a la temperatura
estaría dado por la gravedad superficial del agujero negro, mientras que la
entropía sería proporcional al área del agujero negro. Bekenstein, un mexicano
no mexicano, seguiría explorando después las implicaciones de esto para los
límites a la información que puede guardarse en una región del espacio. Por
otro lado, la radiación de Hawking es uno de los resultados importantes de la
relatividad, y tanto los teóricos de cuerdas como los de Loop Quantum Gravity
(LQG) dicen haber emulado los resultados de Hawking para autoconfirmarse que su
teoría va bien. Sobre cuerdas vs Loops, pueden buscar la discusión nada
informativa de Sheldon Cooper contra Leslie Winkle, googlealo >:)
2. Cosmología. Cuando Roger Penrose, matemático-físico de calibre, introdujo a la relatividad general lo que se conocen como técnicas globales (aplicando topología pues), Hawking se dio pronto cuenta de la importancia y comenzó a colaborar con él. Mientras que el trabajo original de Penrose indicaba que bajo ciertas condiciones era inevitable la formación de una singularidad en el interior de un agujero negro, Hawking vio la manera de que esto pudiera aplicarse al Universo evolucionando. El resultado es que la relatividad general implica que cualquier cosa que se parezca al Universo que conocemos, tuvo una singularidad en el famoso Big Bang. Tal como nuestro héroe menciona en algún libro, uno pudiera pensar que poniendo la película del Universo al revés las estrellas en el pasado podrían acercarse pero luego de nuevo irse de largo. Pues nanaiz, los trabajos que desarrolló con Penrose indican que sí hubo una singularidad, es decir, todo estaba contraído en un punto.
3. Gravedad cuántica. En 1983, Hawking y James Hartle (yerno por cierto de John Wheeler, otro big shot de la relatividad), formularon la “función de onda del Universo”. Esto busca aproximarse a la gravedad cuántica (casi el santo grial de la física teórica) mediante el uso de un “tiempo imaginario”, y aunque es una idea que extiende nociones utilizadas por los venerables teóricos particuleros, no prosperó como hubiese querido. Aun así, sigue siendo una idea intrigante e investigada, y en particular los teóricos de Loop Quantum Gravity tomaron inspiración de esas ideas en el temita que llaman Spin Foams. La idea a quedarse es: Se intenta hacer una suma sobre historias (con probabilidades de que los campos del Universo incluyendo geometrías, tengan tal forma en un momento dado) pasando a un espacio Euclideo gracias al tiempo imaginario.
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| Hawking experimentando "gravedad cero". |
La información y los
pelos.
John Wheeler fue la persona que popularizó el nombre Agujero
Negro para esos objetos tan excitantes. Por 1970 y feria, quedó claro que el
remanente final de los agujeros negros tenía una geometría muy
sencilla-“sencilla”- de describir, en la que solo se necesitaban tres
cantidades para describirla: Masa, carga eléctrica y momento angular (medida de
giro). Muy parecido a las partículas elementales y muy bonito todo. A esto se
refería Wheeler cuando dijo que los “agujeros negros no tienen pelos”; siempre ha habido algunos malpensados (varios físicos claro) a los que causa gracia la distintas connotaciones que pueden tener todas estas palabras juntas (que de hecho en algunos idiomas han causado problemas para aceptarse).
Por
ejemplo, si en el sistema que origina al agujero negro hay chipotes como montañas, flujos de gas raritos,
etc., al formarse el agujero todo eso se va a deshacer rápido quedando un
objeto muy simétrico. Hawking se dio cuenta que "la falta de pelos" parecía implicar que
en la formación de un agujero negro se pierde toda la información de lo que
había antes. Esto parece violar algo que se llama unitariedad en la
mecánica cuántica, y Hawking mencionó al respecto que “Dios no solo juega a los dados, sino
que los lanza hasta donde no podemos verlos”. Dios sabe que no queremos meter
mucho a Einstein en este ya largo relato, pero solo mencionaré que esas
palabras son una mofa de la frasecita de Einstein: “el gran Lord no juega a los
dados”, refiriéndose al carácter probabilístico de la mecánica cuántica.
Tal como es la historia, miríadas de físicos estaban en
contra de tal pérdida de información, y el 2004 Hawking cambió de opinión.
Cuando el año 2005 vi el artículo en que hace más formal sus argumentos para
retractarse, me vino a la mente la palabra “está-chocheando”, sin algún intento
de faltar respeto.
Las apuestas.
- En 1974, Hawking apostó contra Kip Thorne, físico teórico
que contribuyó a las ideas agujeros de gusano, autor de uno de los libros más
socorridos de relatividad general y premio Nobel de Física 2017 por su
contribución para los detectores de ondas gravitacionales. Si se demostraba que
los agujeros negros existían (por esos entonces estaba ya muy alta la sospecha
que cierta fuente de rayos X provenía de un agujero negro), Hawking le daría
una suscripción anual a Thorne de la revista (feministas no leer pleaseà) erótica Penthouse. Obvio, ganó Kip (en 1991), y
fue feliz por un momento, y puso sus manitas como Will Smith en “En busca de
la felicidad”.
- En 1996 el hombre se embarcó en una apuesta relativa a la pérdida de información en agujeros negros, tema mencionado arriba, esta vez apoyado por Kip Thorne, pero en contra de John Preskill. Como dijimos, Hawking se retractó el 2004 y entonces regaló una enciclopedia de béisbol a Preskill. ¡Yuju! superdivertido, lo sé. El teórico cuerdero Leonard Susskind aprovechó para publicar algún librito sobre la lucha de la gente (léase ÉL) vs. Hawking en el tema de la pérdida de la información.
- Aunque no fueron apuestas, mencionamos otras dos cosas en
que Hawking se llegó a retractar. Una es la esperanza
original de que existieran microagujeros negros reliquias de los tiempos de don
Big Bang. Estos microagujeros se explotarían y dejarían de existir, pero las
observaciones no daban parecido, lo que tuvo que aceptar. Y ya. La otra situación
es su opinión de que en pocas décadas se lograría el Santo Grial de la física:
UNIFICACIÓN, esa idea de describir las cuatro fuerzas de la naturaleza en un
mismo esquema. Por los inicios de este nuevo milenio, reculó de esta opinión y hasta llegó a
mencionar en alguna conferencia que pudiera ser que ni lográramos eso los seres
humanos, haciendo alusión al teorema de Gödel.
Finale:
A manera de recapitulación: el gran Hawking hizo
aportaciones a la física tanto en la teoría de agujeros negros, la más extrema
manifestación de la gravedad en la naturaleza, como en la cosmología, el
estudio de la evolución del Universo a gran escala. Es precisamente en estos
dos lugares donde son importantes al mismo tiempo las dos grandes teorías que
describen lo conocido: La relatividad general y la teoría cuántica. En el
proceso de tomar en cuenta estas dos, descubrió que los agujeros negros sí
deberían emitir radiación.
Comento de pasada que… la semana pasada realizamos un
coloquio local en que astrónomos y físicos discutimos las contribuciones de
Hawking y algunas anécdotas, en las instalaciones donde tenemos la primera
carrera de astronomía de nuestro querido y políticamente-mortificado México.
Nos quedamos con una hermosa frase del físico inglés, en
inglés para respetarle el sentido, así como para que practiques tu inteligencia
verbal:
We are just an
advanced breed of monkeys on a minor planet of a very average star. But we can
understand the Universe. That makes us something very special.
Abajo video donde responde algunas preguntas de la revista Time. Está corto e interesante :).
