11 abril, 2019
Manuel Lino González (19 artículos)
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Lo que nos faltó ver del agujero negro para coincidir con Stephen Hawking

La imagen de un agujero negro revelada este miércoles es un magnífico pretexto para recordar al físico que nos explicó que sucedía en este tipo de singularidades: Stephen Hawking

Nueva versión de un texto escrito para Newsweek en español del 18 de marzo de 2018

A Stephen Hawking le gustaban las coincidencias.

“Galileo murió el 8 de noviembre de 1642, exactamente trescientos años antes de mi nacimiento”, escribió Stephen Hawking en su libro Dios creó los números en el primer párrafo del capítulo donde habla de Isaac Newton, de quien señala a continuación que nació en el mismo año de 1642 y que “fue nombrado catedrático lucasiano de matemáticas en la Universidad de Cambridge, catedra que ocupo yo en la actualidad”.

Hawking no decía esto tanto por vanidad como para sumarse a la tradición que inició Galileo, cuando escribió en El Ensayador (1623) “el Universo está escrito en lenguaje matemático”, y que consolidó Newton cuando inventó el cálculo para demostrar sus leyes del movimiento y de la gravitación universal.

No hay forma de saberlo, pero es casi seguro que Hawking murió satisfecho con la idea de irse un 14 de marzo, cuando se celebraría el cumpleaños número 139 de Albert Einstein, el día del número pi (cuyos primeros dígitos son 3.14) y apenas unas horas después del 13 de marzo, cuando Galileo publicó El mensajero sideral, que se puede considerar la primera publicación científica de periodismo, divulgación y comunicación entre pares.

También es casi seguro que a Hawking le habría encantado la planeada coincidencia que se dio hace dos años para que ocho telescopios de diversos países, ingluyendo el mexicano Gran Telescopio Milimétrico, hicieran una observación sincrónica de un agujero negro para, después de procesar una inmensa cantidad de datos, presentar una foto este miércoles 1o de abril de 2019.

Porque Hawking fue muy importante como físico teórico, pero casi se puede decir que fue más relevante como divulgador y, sobre todo, desde su silla de ruedas hablando a través de una computadora, fue fundamental como motivador del entusiasmo por el quehacer científico y, en general, por disfrutar de la vida y de lo que podemos hacer en ella sin importar las circunstancias.

Quiero mostrar que la gente no tiene por qué estar sujeta por limitaciones físicas mientras no las tenga de espíritu”, dijo Hawking en una entrevista con el New York Times cuando celebró su cumpleaños 65 experimentando la gravedad cero.

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El 26 de abril de 2007, Stephen Hawking (al centro) experimentó gravedad cero a bordo de un avión Boeing 727 modificado. Foto: Jim Campbell

Igual que Newton y Einstein, Hawking fue en su juventud un estudiante “mediocre”, es decir, que tenía malas calificaciones y ningún interés por las clases que impartían; aunque su brillantez era evidente para muchos. Incluso en las clases de matemáticas y física, que le gustaban, trabajaba poco porque le parecían demasiado fáciles.

Para Hawking, la esclerosis lateral amiotrófica, que le diagnosticaron cuando apenas tenía 21 años y se disponía a comenzar su trabajo como investigador, fue eventualmente, más que un impedimento, un aliciente para conseguir sus metas. Y vaya que procuró ponerse metas lejanas, se las puso nada menos que en los confines del universo conocido.

Ante la relevancia que Hawking adquirió como figura pública, no es exageración decir que es el físico contemporáneo más conocido y querido, no faltan quienes puedan pensar que sus contribuciones científicas no fueron tan relevantes.

Mucha gente pensará “Cómo es posible que Stephen Hawking salga hasta en Los Simpson y The Big Bang Theory y no sólo no le hayan dado el Premio Nobel, sino que su nombre ni siquiera se menciona entre quienes lo podrían recibir cada año”.

OK, confieso que eso es algo que yo pensaba también hasta 2013, cuando le dieron el Nobel a François Englert y Peter Higgs por la predicción teórica del bosón que lleva el nombre del segundo de ellos. Higgs y Englert hicieron su predicción ¡en 1964! pero que fue comprobada experimentalmente en el Gran Acelerador de Hadrones hasta 2012; es decir, les dieron el premio hasta que se comprobó sin duda alguna que la predicción era cierta.

Y todavía falta tiempo para que se pueda encontrar la predicción más importante y favorita del recién fallecido físico, una cuya fórmula pidió que se pusiera en su lápida: la radiación de Hawking.

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“Aquí yace lo que era mortal de Stephen Hawking 1942-2018”. Foto: Cambridge News.

Entre la relatividad y la mecánica cuántica

A Stephen Hawking le gustaban las coincidencias.

Tal vez por eso su principal aportación al mundo del conocimiento fue el esfuerzo de unir dos teorías que parecían irreconciliables: la teoría de la relatividad general y la mecánica cuántica. La primera, al explicar el funcionamiento de la gravedad como una deformación del espacio tiempo, se aplica a las grandes masas, al Sol, la Tierra, las galaxias. La segunda se ocupa de lo más pequeño, de las partículas subatómicas.

Desde el inicio de su carrera, Hawking encontró donde pueden coincidir ambas teorías: en los agujeros negros, y trabajó en el tema, en ocasiones junto con Roger Penrose.

Encontraron que “particularmente en la frontera del agujero negro, en el llamado horizontes de eventos, el lugar de no retorno, por las altas temperaturas se podrían generar parejas de una partícula y una antipartícula, y podría suceder que una de ellas salga y la otra caiga hacia el agujero negro. La que saliera emanada sería parte de lo que él llamó radiación en su momento”, la radiación de Hawking, me explicó Saúl Ramos, del Instituto de Física de la UNAM.

Esta radiación haría que, poco a poco, el agujero negro fuera perdiendo masa y a lo largo de muchos millones de años se fuera evaporando hasta desaparecer.

El problema es que, según los cálculos, aun los agujeros negros más grandes, como el que se encuentra en el centro de nuestra galaxia, emiten tan poca radiación de Hawking que, hasta la fecha, es imposible detectarla con la tecnología que tenemos (la fotografía de agujero negro que se dio a conocer recientemente es del halo de polvo y gas que rodea el agujero).

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La fotografía de agujero negro que se dio a conocer el 10 de abril de 2019 tomada por “el telescopio” Event Horizon, que en realidad es una sincronización de ocho telescopios en distintos lugares del mundo, incluyendo el Gran Telescopio Milimétrico de México. Foto: Cortesía INAOE

Existe la ilusión de que, en el laboratorio de más alta energía del planeta, el Gran Colisionador de Hadrones, se pudiera, al bombardear partículas una contra otra, alcanzar una masa con la densidad suficiente como para formar mini agujeros negros en los cuales poder observar la radiación de Hawking.

Hasta ahora, la ilusión tampoco se ha justificado. Después de años de experimentos y observaciones, el Colisionador no ha dado muestras de poder formar agujeros negros.

La máxima coincidencia

A Hawking y Penrose les gustaban las coincidencias, y explicaron la más grande e increíble de todas.

Un agujero es una singularidad, es decir, un momento y lugar donde y cuando las leyes de una teoría dejan de ser aplicables. Hawking y Penrose demostraron que las singularidades son una propiedad esencial del cosmos.

Si nos vamos mucho más atrás en el tiempo, más allá de los agujeros negros, se calcula que llegaremos a un momento donde la temperatura, la densidad y la curvatura del espacio fueron infinitos, toda la materia y toda la energía coincidieron, estuvieron concentradas en un punto y un instante.

Se puede decir que el hallazgo de Penrose y Hawking está en el corazón de la cosmología porque, mostraron que lo que sucedió después de ese momento se puede estudiar con relatividad y cuántica.

En otras palabras, si bien no aportaron la idea de la existencia del Big Bang (esa la propuso el ruso Alexander Friedmann en 1922), sí dieron las herramientas matemáticas para estudiarlo y comprenderlo desde la seguridad de la Tierra cerca de 14 mil millones de años después.

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Roger Penrose fue el compañero de Hawking en muchos descubrimientos. Foto: Biswarup Ganguly / WikiCommons

Desencuentro con un científico de origen mexicano

Por supuesto que no todo fueron coincidencias, también hubo desencuentros. Y uno de ellos fue fundamental para el origen de la radiación de Hawking.

En su juventud, Hawking tuvo una disputa con Jacob Bekenstein, quien nació en 1947 en la Ciudad de México y pasó aquí su primera infancia. Más tarde, su familia de emigrantes judío-polacos se fue a Estados Unidos. Bekenstein pasó su vida como científico profesional en Israel hasta su muerte en 2015.

Bekenstein, uno de los científicos más relevantes de los últimos años y que sin embargo es muy poco conocido, señaló en 1970 que la mera concepción de los agujeros negros violaba la segunda ley de la termodinámica.

Con la termodinámica sucede una cosa curiosa: Sus leyes son, en cierto sentido, más universales que las demás leyes de la física. Las distintas ramas de la física, como la relativista y la cuántica, pueden no tener relación entre sí o puede una ser un caso especial de la otra, como la newtoniana lo es de la relativista, pero todas ellas están bajo el gobierno de las leyes de la termodinámica.

Así que, ¿cómo podía ser que en la conceptualización de los agujeros negros se estuviera violando una de esas leyes? Aquello no podía tolerarse… ¿O sí? Bueno, Stephen Hawking lo toleró un tiempo e incluso tuvo sus conflictos con el joven Bekenstein, quien tenía 23 años y acababa de graduarse en Princeton.

El motivo del “pleito” entre los dos muchachos (Hawking era solo unos cinco años mayor), aunque involucre un concepto abstracto como la entropía, es bastante fácil de explicar en términos generales:

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Jacob Bekenstein tuvo un desacuerdo con Hawking por una inconsistencia termodinámica de los agujeros negros.

La entropía se pude concebir como una medida del desorden de un sistema. Como estamos hablando del cosmos, imaginemos una gran nube de gas flotando en el espacio, como está a una temperatura más o menos elevada sus átomos o moléculas se mueven de un lado para otro y chocan entre sí. Eso suena bastante desordenado, ¿no? Más o menos así es el cosmos y sus distintas partes.

Ahora vamos a suponer que ese gas es “devorado” por un agujero negro y desaparece. Esto implicaría que también su entropía desaparece. Pero la segunda ley de la termodinámica afirma que la entropía de los sistemas siempre tiende a aumentar, no puede simplemente desaparecer.

Para salvar la situación, Bekenstein propuso que los hoyos negros tenían una cierta entropía. Pero Hawking se opuso: Si tenían entropía, entonces tenían temperatura y si tenían temperatura serían un cuerpo caliente que, como tal, tendría que emitir cierta radiación y, por definición, eso no sucedía en un agujero negro, nada salía de ahí.

No le tomó más de dos años a Hawking darse cuenta de su error. En 1974, publicó su hipótesis sobre la radiación que emiten los agujeros negros. Esa es la radiación de Hawking, aunque hay quienes, por justicia, la llaman la radiación de Bekenstein-Hawking… Y en general se olvida que, por su cuenta, el ruso Yako Borisovich Zeldovich también propuso esta forma de solucionar el problema termodinámico.

El ateo practicante

A Stephen Hawking le gustaban las coincidencias.  También le gustaba hablar de Dios, y eso no era por mera coincidencia.

Hawking hablaba de Dios, a cada rato. En 1988, en la primera edición de La breve historia del tiempo, Carl Sagan escribió en la introducción: “También se trata de un libro acerca de Dios… o quizás acerca de la ausencia de Dios. La palabra Dios llena estas páginas”.

Con eso, en cierto sentido, Hawking seguía la tradición de la silla lucasiana que ocupara Newton. Y es que Isaac Newton, además de un inmenso físico matemático, era muy religioso y un experto en teología (incluso escribió algunos tratados al respecto). Para Newton, Dios era todo poderoso, pero era demasiado grande para ser comprensible, nada tenía que ver con la vida humana y sus dramas cotidianos; para conocerlo, había que entender cómo funcionaba la naturaleza, el universo.

En La breve historia del tiempo, Hawking incluso afirma que si se hiciera una teoría del todo, una que permitiera explicar cómo funcionan en conjunto todos los elementos del universo, eso sería como “entender la mente de Dios”.

Cuando doy clases o talleres de periodismo de ciencia, siempre digo, a pesar de que no falta quien me ve con suspicacia, que las grandes preguntas son de enorme interés para el público, tanto como su salud o sus finanzas.

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En la imagen del libro, la línea luminosa diagonal NO son una representación de la radiación de Hawking sino de los llamados jets relativístidos.

Y es que no hay otra manera de explicarse, como menciona el propio Hawking en una edición reciente de La breve historia del tiempo, que un libro no tan bien escrito y que tiene por lo menos un par de capítulos francamente incomprensibles, estuviera en la lista de best-sellers del London Sunday Times durante 237 semanas, que se haya “traducido a algo así como cuarenta idiomas y haya vendido aproximadamente una copia para cada 750 hombres, mujeres, y niños en el mundo”.

Es posible, como dice Saúl Ramos, que Hawking fuera “el escritor más vendido menos leído del mundo”. Sin embargo, está claro que a finales del siglo XX la gente quería tener su libro cerca y pensar que podía contestar algunas de las grandes preguntas (yo fui uno de ellos y hasta llegué como a la mitad del libro).

Pero mientras Newton, al final de sus días, se convirtió en un creyente fervoroso y se dedicó a tratar de explicar con física cada pasaje de la Biblia, Hawking se fue haciendo, por decirlo de algún modo, menos creyente.

En El gran diseño, el libro que publicó con Leonard Mlodinow sobre lo que en 1988 llamó la teoría del todo (aquí la llama Teoría M y en realidad no es una sola sino el conjunto de teorías que tenemos), Hawking dice:

“Describiremos cómo la teoría M puede ofrecer respuestas a la pregunta de creación. Según las predicciones de la teoría M, nuestro universo no es el único, sino que muchísimos otros universos fueron creados de la nada: Su creación, sin embargo, no requiere la intervención de ningún Dios o Ser Sobrenatural”.

No hace siquiera un guiño a que Dios, como dijera el filósofo Baruch Spinoza, es quizá otra forma de llamar a la Naturaleza.

A pesar de su ateísmo practicante, Hawking siguió siendo muy querido por ateos y creyentes.

Así en el Cielo, como en la Tierra, como en la música…

A Stephen Hawking le gustaban las coincidencias. También le gustaba la música y los chistes. Así que quiero pensar que le hubiera gustado el final de este texto.

En noviembre de 2006, en la Universidad de Cambridge se hizo un concierto con las tres piezas favoritas de Hawking. Ninguna de ellas es famosa: La primera fue, la Sinfonía de los salmos, de Stravinsky, misma que compró en sus épocas de estudiante porque el disco de acetato estaba de descuento, y la segunda fue el Concierto para violín de Henryk Wieniaski.

La tercera pieza fue Gloria de Francis Poulenc, una obra que causó un escándalo en su estreno por su extraña combinación de ligereza y espiritualidad. Poulenc explicó que la compuso pensando en frescos de ángeles sacando la lengua y en los monjes benedictinos que en cierta ocasión vio jugando futbol. Ninguna de estas obras es famosa porque ninguna es muy buena ni trascendente.

En cierta ocasión, Hawking hizo una fiesta para viajeros en el tiempo y, por lo tanto, mandó las invitaciones al día siguiente de la fiesta. Nadie llegó, por supuesto. El físico dijo que era un experimento para demostrar la imposibilidad de los viajes en el tiempo.

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Imagen de Stephen Hawking como anfitrión de la fallida fiesta para viajeros en el tiempo.

Era un chiste. Así que, si hablamos de cómicos, Hawking era de los peores; si de críticos musicales, no era de los buenos; si hablamos de físicos y matemáticos, era de los verdaderamente grandes, pero desde luego no era el único y tal vez no fuera el más relevante; si hablamos de divulgadores, hay muchos que lo han hecho mejor.

Pero alcanzó mucha más fama y afecto que el resto de sus colegas contemporáneos en la física y la divulgación, más, incluso, que aquellos con quienes colaboró o que tuvieron aportaciones similares, como Penrose, Zeldovich, Bekenstein o Mlodinow.

Sin duda, una buena parte del éxito de Hawking con el público se debe a su condición de paciente de esclerosis, y no faltan quienes señalan esto como si de alguna manera lo hiciera menos valioso o importante.

Pero lo cierto fue que Hawking padecía una enfermedad terrible, pero nunca fue una víctima de ella, y no creo haya nadie en el mundo que pueda decir que pretendía inspirar lástima. Inspiraba, en cambio, deseo y valor para superar dificultades, era una más de sus facetas.

Cuando en 2006, la Universidad de Cambridge puso su tesis doctoral en acceso libre a través de Internet, igual que el invaluable resto del archivo de la institución, Hawking comentó en la ceremonia:

“Al incluir mi tesis en Open Access, espero inspirar a la gente de todo el mundo a mirar hacia arriba a las estrellas y no hacia abajo a sus pies; a maravillarse acerca de nuestro lugar en el Universo y a tratar de encontrarle sentido al Cosmos. Cualquiera, donde sea en el mundo, debería tener acceso libre e ilimitado no solo a mi investigación sino a la investigación de cualquier mente grande e inquisitiva en todo el espectro del entendimiento humano”.

Sobre todos esos elementos que coincidieron en Stephen Hawking para hacerlo la figura principal de la búsqueda del conocimiento en nuestra época, como en su momento lo fueron Galileo, Newton o Einstein, le cedo la palabra a Saúl Ramos: “Es como la música, cuando la idea precisa llega en el momento exacto…”

No hace falta completar la frase, algunos dirán que sucede la magia; otros, lo maravilloso, y otros más, el milagro…

Yo, la verdad, creo que es pura coincidencia.

Manuel Lino González

Manuel Lino González

Estudié biología, música y creación literaria. Encontré trabajo como periodista. Estaba en contacto con todo lo que me entusiasmaba y, sin embargo, algo me faltaba. Entonces me di cuenta de que no me gustaban las paredes, fueran las del periódico o las que decidimos que existen entre periodismo y literatura, entre artes y ciencias, entre público y creadores, entre amigos y enemigos… Ahora estoy en una publicación donde, si no las derrumbamos, al menos vamos a explorar qué tan sólidas son. Se llama Los Intangibles.