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La singularidad de Stephen Hawking

Revista Cómo ves

Daniel Martín Reina

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?

En el verano de 1964 el astrónomo inglés Fred Hoyle estaba en la cima de su fama. Se encontraba en Londres para dar una conferencia en la que iba a explicar su hipótesis sobre el origen del Universo ante los miembros de la muy prestigiada Royal Society. Hoyle disentía de la hipótesis de la gran explosión (big bang), según la cual el Universo empezó como un punto de densidad infinita y hoy se expande. Para él, el Universo no tenía principio ni fin y siempre había presentado el mismo aspecto. Aunque las galaxias se separaban, como se sabía desde los años 30, Hoyle pensaba que en el espacio intergaláctico se iba creando materia nueva constantemente, de forma que la densidad total del Universo nunca cambiaba. La idea de Hoyle, alternativa a la gran explosión, se conoce como teoría del estado estacionario (ver ¿Cómo ves? No. 161).

Después de los aplausos, Hoyle solicitó preguntas. Un joven delgado y de aspecto frágil se puso en pie con mucho esfuerzo usando un bastón. Era un estudiante de física recién licenciado al que se le había diagnosticado esclerosis lateral amiotrófica (ELA), una terrible enfermedad degenerativa. Para asombro del público, el joven señaló que Hoyle se había equivocado en un cálculo. Lo sabía porque él mismo había realizado ese cálculo. El error echaba por tierra el razonamiento de Hoyle, quien abandonó la sala enfurecido.

El atrevido joven que humilló a Hoyle se llamaba Stephen Hawking y hoy es sin duda el científico más famoso del mundo. Contra los pronósticos médicos que en los años 60 le auguraban una vida muy corta, Hawking cumplió 70 años en enero de este año. Y vivir confinado a una silla de ruedas y hablar por medio de un sintetizador de voz desde hace varias décadas no le ha impedido transformar nuestra imagen del Universo con ideas elegantes y originales.

Singularidad en el pasado

El 8 de enero de 1942, exactamente 300 años después de la muerte de Galileo Galilei, nació Stephen Hawking en Oxford, Inglaterra, adonde sus padres se habían trasladado temporalmente durante la Segunda Guerra Mundial. 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.

Para entender la estructura del Universo en la escala más grande necesitamos una descripción matemática de la atracción que ejercen las galaxias unas sobre otras; es decir, una teoría de la gravedad. 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. 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. 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 a lo que podría llamarse big crunch o gran implosión. Empero hoy en día sabemos que la expansión del Universo, lejos de frenarse, se está acelerando, por lo que no habrá big crunch (ver ¿Cómo ves? No. 58).

 

Fuente: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/162/la-singularidad-de-stephen-hawking

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