Hawking esencial

Un genio descifra el Universo

Jorge Blaschke

• Editorial: Ma Non Troppo
• Año: 2018
• ISBN:
  9788499175263
• Categoría: Sciences physiques
• Categoría: Astronomie et astrophysique

A pesar de la terrible enfermedad que aqueja a Stephen Hawking desde hace más de cincuenta años, este científico británico –eterno candidato al premio Nobel– es una de las mentes más privilegiadas de este planeta. Comprender su trabajo y dar a conocer aspectos insólitos de su vida ha sido el propósito del autor de este libro que parte del momento en que Hawking emprende su feroz batalla contra la esclerosis lateral amiotrófica y finaliza con su presencia en el festival científico Starmus en las Islas Canarias. El big bang, los agujeros negros, los extraterrestres, el peligro de los robots, los viajes en el tiempo, el ateísmo: todos estos temas y algunos más aparecen desglosados de una manera accesible y ame-na para que el lector pueda acercarse al pensamiento de quien está considerado uno de los científicos más importantes de todos los tiempos. •Hawking y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).•Un alma perfecta en un cuerpo imperfecto.•Hawking y los científicos que le rodean: Thorne, Hoyle, Penrose, etc.•El insólito festival Starmus.•Viaje a Próxima Centauri: la siguiente aventura de un científico especial.Es admirable la lucha por la vida y el ejemplo de superación de una persona como Stephen Hawking. Diagnosticado de esclerosis lateral amiotrófica a los 21 años de edad, le dieron en su momento tres meses de vida. Pero él, tenaz luchador, lleva más de medio siglo sentado en una silla desde la que ha elaborado un mapa del origen del Universo a partir del big bang y ha llevado la ciencia a parámetros de la divulgación más popular. Este científico, nacido en Oxford en 1942, es una verdadera leyenda viva. La devastadora enfermedad que ha afectado su sistema nervioso hasta el punto de no poder mover ni una sola parte de su cuerpo, no impide que pueda comunicarse a través de un avanzado ordenador guiado por los músculos de su rostro que activan un sensor acoplado a sus gafas. Comparable en popularidad con el otro gran tótem de la ciencia del siglo XX, Albert Einstein, supo combinar la teoría de la relatividad del físico alemán con la mecánica cuántica, divulgando sus experiencias en charlas, seminarios y obras que han sido traducidas a un gran número de idiomas. Este libro expone, de una manera sintética y comprensible, algunas de las teorías de quien ha sido considerado uno de los cerebros más privilegiados del mundo con el fin de que puedan ser conocidas por el gran público, y añade aspectos personales de Hawking así como sus opiniones sobre distintos aspectos de la vida.

Capítulo 10

Agujeros negros y de gusano

«Los agujeros de gusano son misteriosos, extraños, llevan la marca personal de Stephen Hawking.»

Kip Thorne

«Me gustaría que compartieran mi emoción frente a los descubrimientos, pasados y futuros, que han revolucionado nuestra forma de pensar.»

Stephen Hawking en Starmus 2015.

Singularidades llamadas agujeros negros

Hablar de los agujeros negros es enfrentarse a una nueva cosmología, y es Stephen Hawking el principal artífice de este cosmos nuevo que nos crea desconocidos e inquietantes interrogantes. Dice Roger Penrose de ellos: «Los agujeros negros, son negros, invisibles porque la Naturaleza no quiere mostrarnos abiertamente lo que sucede en el interior de una singularidad, donde se desvirtúan todas las leyes, es como un censura cósmica que nos protege». Roger Penrose, en esta reflexión, adjudica un poder a la Naturaleza, convirtiéndola en un ente supremo que gobierna el Universo.

Pero ¿qué es un agujero negro? Sencillamente es una singularidad, y se entiende como singularidad un lugar donde las leyes de la naturaleza física no se cumplen. No es un concepto novedoso, ya en 1933, Georges Lemaître, considerado el padre de la teoría del big bang, habla de la posibilidad de agujeros negros. Y en 1939 Robert Oppenheimer desarrolla un modelo de hundimiento de una estrella masiva y abre el concepto de agujero negro. En 1939, Einstein desarrolla un artículo– considerado como malo– en el que anuncia que la materia no puede concentrase arbitrariamente. La verdad es que Einstein no creía en la existencia de los agujeros negros, hecho que demuestra que los genios también se equivocan, aunque, tarde o temprano se habría visto obligado a rectificar.

El tema de los agujeros negros es más complejo de lo que parece, así que empezaremos por el principio: el origen de los agujeros negros.

El origen de una agujero negro es una estrella, no cualquiera, sino solamente las más masivas, varias veces la masa del Sol, capaces de convertirse en agujeros negros. Para que una estrella se convierta en un agujero negro es necesario que ocurran en ella una serie de sucesos, una serie de hundimientos gravitacionales.

Para el lector no versado en astrofísica de las estrellas destacaré que las estrellas son bolas de gas, generalmente de hidrógeno, que fabrica átomos más pesados a través de reacciones nucleares de fusión. Así, dos núcleos ligeros se fusionan para formar uno más pesado. (Por ejemplo: cuatro núcleos de hidrógeno permite formar un núcleo de helio.)

A causa de los proceso de fusión la estrella se agota. La presión radiactiva, debida a la energía de la fusión, tiende a dilatar la estrella y descender su temperatura y peso, haciendo que se desplome sobre ella misma, aumentando la temperatura de su centro y desencadenando la fusión de elementos cada vez más pesados. Esos son los hundimientos gravitacionales que hemos mencionado antes.

En estos procesos de hundimiento gravitacional puede acaecer dos situaciones: Primera, las estrellas en las que sus masas equivalen a la mitad de la masa solar se dejan dominar por las fuerzas de la presión que la dilatan y la enfrían. En ellas se desata una reacción nuclear y se convierten en enanas oscuras, llamadas así por su poco brillo.

Segunda situación: aquellas cuya masa equivale a varias veces la masa solar ven su densidad aumentada a fuerza de verse colapsadas, hundidas hacia ellas mismas. En un último episodio, explotan como supernovas. Su núcleo es muy denso, es como si tuvieran toda la masa de la Tierra concentrada en una pequeña bola de 1 cm. Tienen en ese momento una masa 3,2 veces mayor que la del Sol, en su lenta agonía hacia un agujero negro, emite rayos de alta energía: rayos X y rayos gamma es su último grito desesperado antes de convertirse en un agujero negro, un objeto que no dejará escapar la luz, ni la materia y será invisible e indetectable.

Podemos decir que existen cuatro tipos de agujeros negros: Los estelares que tienen varias veces la masa del Sol; los supermasivos, que son varios millones de veces más masivos que nuestro Sol; los de masa intermedia y los microagujeros negros que se pueden reproducir en los aceleradores de partículas. Una de las formas de detectar un agujero negro es en el instante que colapsa la estrella, ya que, como he explicado, es cuando emite rayos gamma.

Muchos científicos han calificado a los agujeros negros como monstruos devoradores, como terribles lugares de caos y destrucción; otros no piensan lo mismo sobre estos singulares objetos, sino que los ven como un misterio del Universo, en algunos casos como el posible origen de nuestra existencia, como un pasillo que nos comunica con otros universos, tal vez burbuja o paralelos. Hawking nos lleva a una teoría verdaderamente singular cuando nos habla del rebote de estos objetos, teoría que explicaremos más adelante.

Hawking: Los agujeros negros no son del todo negros

Imaginemos que penetramos en un agujero negro. Utilizo el término penetrar porque el de «caer» es inadecuado, en un agujero negro no se cae a ningún sitio, porque no hay dónde caerse, y su agujero no significa una caída, como aquella que realiza la Alicia de Lewis Carroll y que la lleva a un país que podríamos calificar de singular. Tras este breve paréntesis imaginemos que penetramos en un agujero negro, atravesamos su horizonte de sucesos, esa frontera que una vez superada no hay retorno posible, sentiremos una gravedad intensa que tiende a despedazarnos y, durante una millonésima de segundo, posiblemente, intentaremos luchar contra la singularidad mientras estamos atravesando ese astro supermasivo que, dependiendo de su masa, nos costará más tiempo o menos tiempo acabarlo de atravesar.

¿Qué pasa cuando lo atravesamos? Ahí nos enfrentamos a un misterio como el más allá, lugares de los que no ha regresado nadie para contar lo que ha visto. Sólo podemos deducirlo con ecuaciones matemáticas, pero estas no son lo suficientemente avanzadas para darnos una respuesta, ya que nos falta una teoría de la gravedad cuántica, la única interacción de las cuatro existentes, que no encaja.

Stephen Hawking, en 2015, añadió una nueva originalidad sobre los agujeros negros, anunció que los agujeros negros se comportaban como hologramas. También, hace años, sorprendió a todos los cosmólogos y físicos cuánticos, cuando anunció que un agujero negro no sería del todo un agujero negro.

Antes de desarrollar la teoría de la «radiación de Hawking», tal como se denominó más tarde esa peculiaridad anunciada por Hawking, veamos muy brevemente la visión que tenía Einstein sobre estos objetos espaciales.

Einstein con su relatividad general, demostró que la masa curva del espacio-tiempo en la que vivimos es como un tejido elástico que se deforma por el peso de las estrellas y los grandes planetas. Basándose en lo anterior un astro muy denso deforma el espacio-tiempo constituyendo una trampa para la materia y la luz. La verdad es que Einstein no creía en los agujeros negros, y en 1939, en un artículo calificado de pésimo por otros científicos, concluye que la materia no se puede concentrar arbitrariamente.

¿Qué es la radiación de Hawking?

Wheeler dijo que no se puede decir desde el exterior que hay dentro de un agujero negro, eso quiere decir que un agujero negro contiene una gran cantidad de información que se oculta al mundo exterior. Pero Hawking descubrió, con sorpresa que los agujeros negros parecían emitir partículas a un ritmo constante, un descubrimiento que perturbaba la idea que se tenía de ellos en unos tiempos en los que todos los científicos admitían que de un agujero negro no podía salir ni emitirse nada.

Sin embargo los cálculos de Hawking predijeron que un agujero negro crea y emite partículas y radiación, como un cuerpo ordinario caliente. Con una temperatura que es proporcional a la gravedad de la superficie, e inversamente proporcional a la masa.

Estas emisiones se conocieron por la comunidad científica como «radiación de Hawking». Y a partir de ese momento, con la demostración matemática que los agujeros negros emiten radiación térmica, muchos otros científicos también lo confirmaron a través de enfoques diferentes.

Sabemos que un agujero negro contiene el llamado horizonte de sucesos, una frontera de la que no puede regresar la materia ni la luz, una vez traspasada se queda uno desconectados del resto del Universo. Vemos que mientras tenemos una descripción del entorno del agujero negro, no sabemos casi nada de lo que pasa en su interior, un lugar que es un nuevo mundo o Universo.

Fue en 1974 cuando Hawking anuncia que los agujeros negros no son del todo negros, ya que contrariamente a lo que predica la teoría de la relatividad, emiten una radiación, se evaporizan.

Hawking se basó en la noción del vacío cuántico, según el cual parejas de partículas y de antipartículas aparecen y desaparecen sin cesar; ya que la proximidad del horizonte de un agujero negro, la atracción gravitacional permite disociar las parejas: una de esas partículas cae por el agujero negro, y la otra se escapa.

El misterio de los agujeros negros originó un...

Índice

• In memoriam
• Introducción
• Primera Parte
• Hawking, breve historia de su vida
• Diagnóstico: ELA
• Una silla muy especial
• El humor de un genio
• El entorno de Hawking
• El show de la ciencia
• Viaje a Próxima Centauri
• Segunda Parte
• Somos parte del mundo subatómico
• Espacio-tiempo
• Agujeros negros y de gusano
• Ondas gravitacionales
• La teoría del Todo
• Los científicos no creen en Dios
• Stephen Hawking y los alienígenas
• Epílogo
• Anexo B
• Anexo C
• Glosario