Me gusta la expresión en inglés “against all odds” porque tiene tres sentidos: Además de “contra todo pronóstico”, que da título a esta entrada, también puede interpretarse como “contra todas las adversidades”, o “contra todas las probabilidades”…

Las tres frases pueden aplicarse a Stephen William Hawking.

Contra todo pronóstico”, porque durante más de cincuenta años desafió el determinismo de una enfermedad (esclerosis lateral amiotrófica) que lo había condenado a una muerte inminente.

Contra todas las adversidades”, porque aunque la vida cotidiana le imponía enormes desafíos físicos, que fueron empeorando con el paso de los años, Hawking superó esos obstáculos… desde luego, con el apoyo de la ciencia médica y de la tecnología, pero también con ayuda de su audacia, inteligencia, curiosidad, determinación… y de su impresionante sentido del humor.

Recuerda Nathan Myhrvold en un artículo de Bloomberg View que a Hawking le gustaba explicar que sus limitaciones le habían abonado ciertos beneficios:

Como no podía escribir, debía retener mentalmente más información y esto, a su vez, lo obligaba a simplificar los problemas complejos, abstrayéndolos en unos cuantos elementos esenciales. Así, encontró nuevos e ingeniosos métodos para resolver problemas en su cabeza, generalmente imaginándolos con una forma geométrica.

Pero, además, aseguraba que su falta de movilidad también lo libraba de tener que participar en los comités universitarios.

Contra todas las probabilidades”, porque este brillante teórico, que nació en el aniversario 300 de la muerte de Galileo y nos dejó el día del cumpleaños 139 de Albert Einstein –cerrando un ciclo que parece tanto insólito como improbable–, y que ocupó en Cambridge el mismo puesto que alguna vez desempeñaron Isaac Newton, Charles Babbage y Paul Dirac (la Cátedra Lucasiana de Matemáticas), tuvo una vida increíblemente rodeada de circunstancias aleatorias, que permitieron que dejara importantes legados para la ciencia y la sociedad.

Imagen simulada por computadora que ilustra un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. La región negra del centro representa su «horizonte de sucesos», de donde no puede escapar la luz a su fuerza gravitatoria. Crédito: NASA, ESA, y D. Coe, J. Anderson, y R. van der Marel (STScI). (2)

A través del agujero negro

Hace unos 48 años, Hawking indicó un nuevo (y, sí… inverosímil) camino a los físicos que querían comprender el origen del Universo: los agujeros negros, unas extrañas criaturas que aparecían teóricamente en las ecuaciones de la relatividad general de 1915, y que se consideraban simples anomalías matemáticas, con una improbable existencia en la realidad.

Cuando comenzó su doctorado en Cambridge, en 1962, Hawking había elegido al ya famoso Fred Hoyle como su asesor, pero éste ya no tenía espacio para más pupilos. En su lugar, fue supervisado por Dennis Sciama, lo que seguramente fue una suerte para su carrera, pues Hoyle nunca aceptó la teoría de la “gran explosión”. De hecho, fue ese connotado astrofísico británico quien la bautizó como Big Bang pero de manera peyorativa.

Otro encuentro afortunado fue con Roger Penrose, quien trabajaba en un fenómeno físico llamado “singularidad del espaciotiempo”. En términos generales, Penrose había demostrado teóricamente que un objeto celeste, como una estrella agónica, puede implosionar y, cuando eso sucede, nada puede evitar que su campo gravitatorio se vuelva tan fuerte que forme una singularidad.

Poco después, Penrose conjeturó que estas singularidades estarían confinadas en un “horizonte de sucesos”, rodeando una región del espaciotiempo a la que el físico teórico John Wheeler había llamado “agujero negro”.

Hawking combinó la singularidad de Penrose con la teoría del Big Bang para hipotetizar que el Universo pudo comenzar con una singularidad (aunque revisó su posición, años después, en Breve historia del tiempo, tras haber tomado en cuenta la influencia de la mecánica cuántica).

A unos años de comenzar la década de 1970, Hawking asombró a sus colegas cuando calculó, y reconoció, que los hoyos negros en realidad no eran tan negros…

En 1972, el físico teórico Jacob Bekenstein había sugerido que, como el resto del Universo, los agujeros negros también debían tener entropía. Al principio, Hawking se oponía a esta idea, argumentando que nada escapaba de un agujero negro, ni siquiera la energía y, por lo tanto, no podían tener entropía.

Pero, cuando quiso demostrar matemáticamente que Bekenstein estaba equivocado, sus extensos cálculos terminaron por convencerlo de que los agujeros negros realmente sí emitían una radiación (a la que pronto se llamó “radiación de Hawking”). En lugar de derribar la idea de Bekenstein… la confirmó, y el resultado fue –en opinión de sus colegas– el mayor éxito de Hawking.

Concepto artístico de un agujero negro súper masivo en el centro de una galaxia. Crédito: NASA/JPL-Caltech (3)

Los experimentos para comprobar esta predicción son extremadamente difíciles, pues cuanto más masivo es un agujero negro, más baja es su temperatura. Así, el tipo de agujeros que han podido estudiar los astrónomos (por medio de aparatos) son muy grandes y, en consecuencia, la temperatura de su radiación es demasiado insignificante como para ser medida.

Además, una vez resuelto el problema de la entropía con la radiación de Hawking, esto originó un dilema aún más difícil de desentrañar: Si los agujeros negros pueden emitir radiación, eso significa que al final terminarán por evaporarse, contrayéndose hasta desaparecer y, con ellos, toda la información que les ha caído dentro…

Pero, si la información también se evapora, esto contraviene un principio básico de la mecánica cuántica (aunque, si en lugar de evaporarse, escapa del agujero negro, infringe la teoría de la relatividad de Einstein).

Al descubrir la radiación de los agujeros negros, Hawking opuso directamente las dos máximas leyes de la física, y provocó el nacimiento de la “paradoja de la información”.

No vuelvas a apostar…

En 1976, Hawking publicó un segundo artículo, tan innovador como el primero pero todavía más polémico, en el que argumentaba que, efectivamente, al irradiarse por completo la masa de un agujero negro, se desaparecía su información.

Para el gremio de físicos teóricos, astrofísicos y cosmólogos, la consecuencia de esta posibilidad representaba un golpe a la mecánica cuántica: Significaba que, en aparente contradicción con los dictados de la teoría cuántica, la información del Universo podía perderse para siempre.

Muy pronto, todos tomaron partido en un debate que –de algún modo– no se ha concluido del todo, y que podría ser el mayor obstáculo para comprender por completo la gravedad cuántica.

Hacia 1995, comenzó a afianzarse un nuevo modelo de la física teórica, llamado “teoría de cuerdas”, que en términos muy generales predice que las partículas fundamentales del Universo, como protones, neutrones y electrones, en realidad son «estados vibracionales», o diferentes “oscilaciones” de algo más fundamental, que se bautizó como «cuerda».

Por aquellos años, los resultados de la teoría de cuerdas habían convencido a la mayoría de los físicos teóricos de que Hawking estaba equivocado en cuanto a la pérdida de información, pero éste se mantuvo en su obstinación…

Incluso, en 1997, Hawking y Kip Thorne (20 años después ganador del Nobel de Física) le apostaron al investigador John Preskill que la información que entra a un agujero negro dejaba de existir. El ganador recibiría una enciclopedia de su elección “de la que se puede recuperar la información a voluntad”.

Apuesta que Hawking reconoció perdida en 2004, durante una conferencia en Dublín, donde anunció, con inspirado dramatismo, que ahora estaba convencido de que los agujeros negros no pueden perder información. Thorne, por su parte, no desistió en su convicción de que la información desaparecía.

Esa no fue la única apuesta que perdió (o cuya victoria concedió) Hawking… Años antes, en 1975 le apostó precisamente a Thorne que Cygnus X-1, un cuerpo que emitía rayos X a seis mil años luz de distancia, nunca se convertiría en agujero negro.

La apuesta consistía en una suscripción a la revista Penthouse para Thorne, contra cuatro años de suscripción a la revista amarillista Private Eye para él.

En 1990, Hawking se declaró perdedor… aunque ganó, pues –como en su momento explicó– si no se hubiese demostrado la existencia de agujeros negros, gran parte de su investigación estaría equivocada.

De nuevo, en 2012, cuando se descubrió finalmente el bosón de Higgs, Hawking, que había apostado en contra del descubrimiento, perdió cien dólares ante Gordon Kane, de la Universidad de Michigan.

De vuelta con los agujeros negros, el hecho de que Hawking se convenciera, mediante conjeturas matemáticas, de que es más probable que la información no se pierda al evaporarse un agujero negro, no evitó que apareciera otra complicación: la paradoja del “cortafuegos”, o «firewall”.

Decenas de investigadores y publicaciones han intentado resolver este nuevo dilema, hasta ahora sin conseguir nada concluyente. Uno de los artículos fue producido por el propio Hawking en 2016, en colaboración con Malcolm J. Perry, de Cambridge, y Andrew Strominger, de Harvard. Al respecto, alguna vez Hawking declaró: “No creo en cortafuegos; más bien pienso que el espaciotiempo se deforma”.

Against all odds

En resumen, lejos de toda probabilidad, o tal vez contra toda adversidad, Hawking fue el primer científico en plantear una teoría cosmológica explicada por la unión de la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica, cuando se consideraba que esta última solamente podía aplicarse al microuniverso de átomos y partículas elementales.

Además, y contra todo pronóstico –basado en los intereses de los medios y de la sociedad actuales (generalmente adversos o apáticos hacia el quehacer científico)–, Hawking no sólo fue adoptado por la cultura popular, también se le consideró prácticamente un oráculo para cualquier cantidad de temas, ya fueran los viajes en el tiempo, la vida extraterrestre, o las amenazas del cambio climático y la inteligencia artificial.

…Siempre quiso viajar al espacio y su condición no se lo permitió; pero la imagen de su iris quedó grabada en una nave espacial del grupo Virgin Galactic… Además, mantenerse atado a una silla de ruedas tampoco impidió que su mente lo llevara hasta el inicio del Universo… y del tiempo mismo.

Nunca recibió el Nobel, tal vez porque gran parte de su trabajo era especulativo y muy difícil de ser verificado con experimentos y observaciones. No obstante, su predicción de la “radiación de Hawking” bastó para asegurarle un lugar de honor en los anales de la ciencia…

Lo evadió la teoría unificada, como también evadió a Einstein, pero posiblemente resultará verdadera su intuición inicial de que comprender los agujeros negros será la clave para «reconciliar lo infinitesimal con lo infinito», y encontrar ese improbable grial de la física.

Hawking expresó cierta vez, “espero ser recordado por mi trabajo sobre los agujeros negros y el origen del Universo, y no por cuestiones como (la de) haber aparecido en los Simpsons”…

Suponemos que, con el correr del tiempo, su éxito como icono mediático de la cultura popular no conseguirá opacar sus logros científicos, como afortunadamente también le sucedió a Einstein. En consecuencia, ¿por qué no?, hasta es probable que las personas lleguen a recordarlo y valorarlo como el gran científico y teórico que fue…

Verónica Guerrero Mothelet (paradigmaXXI@yahoo.com)

Fuentes:

A Brief History of Stephen Hawking: A Legacy of Paradox (New Scientist)

Stephen Hawking, a Physicist Transcending Space and Time, Passes Away at 76 (Wired)

Stephen Hawking Taught Us a Lot About How to Live (The New York Times)

Información adicional:

The Nature of Space and Time (Scientific American)

The Elusive Theory of Everything (Scientific American)

Stephen Hawking on Black Holes and Why He’d Be a Good Bond Villain (Wired)

‘Mind over matter’: Stephen Hawking – obituary by Roger Penrose (The Guardian)

La singularidad de Stephen Hawking (Revista «¿Cómo ves?»)

Los agujeros negros y la paradoja de la información (Investigación y Ciencia)

Créditos imágenes:

(1) RIP Stephen Hawking (1942 – 2018). By Iain Heath
Cortesía de Flick, Algunos derechos reservados

(2) NASA, ESA, C.-P. Ma (University of California, Berkeley), and J. Thomas (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany)

(3) NASA/JPL-Caltech