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18.03.2018

Stephen Hawking nació en 1942 en Oxford, donde su madre se había refugiado para evitar los bombardeos de la Segunda Guerra Mundial en Londres. A pesar de que lo apodaban "Einstein" en la escuela, no le iba bien académicamente al principio. Era un joven inquieto con múltiples intereses.

Teniendo buena aptitud para temas científicos decidió estudiar física en la universidad en Oxford. Sin embargo no dedicó mucho tiempo a los estudios durante su estancia en Oxford y casi no pasa el examen de admisión a la escuela de postgrado en Cambridge, donde deseaba asistir. Al comenzar sus estudios de postgrado notó que la falta de preparación matemática era un problema y se concentró en resolverlo. Además fue diagnosticado  con su enfermedad, la esclerosis lateral amiotrófica, que comenzaba a causarle problemas motores. Al principio se sumió en una depresión, dado que el pronóstico era muy negativo a muy corto plazo, pero eventualmente notó que su enfermedad progresaba más despacio de lo que los doctores habían predicho. Sus problemas de salud terminaron potenciando su interés por la física y pronto Hawking se concentró en su tesis doctoral, desarrollando una reputación de científico brillante y osado intelectualmente.

En ese entonces había, particularmente en el Reino Unido, dos teorías sobre el origen del universo. Una, la aceptada actualmente, es la teoría de la gran explosión (el Big Bang) a partir del cual el universo se expande.  La otra era la teoría de que el universo era estacionario, promovida por Bondi, Gold y Hoyle. Hoyle era profesor en Cambridge y Hawking inicialmente había querido trabajar con él. En la tesis de Hawking y en trabajos subsiguientes en colaboración con el físico de Oxford Roger Penrose, se mostró que la teoría de la relatividad general de Einstein predice que siempre se desarrollan "singularidades" como la presente en el Big Bang, donde las cosas se hacen infinitas. Más específicamente distribuciones muy genéricas de materia terminaran debido a las fuerza de atracción gravitatoria entre sus partes generando agujeros negros. Eso fue un duro golpe a la teoría de Bondi, Gold y Hoyle y fortaleció la teoría del Big Bang.

Una vez doctorado tornó su atención a los agujeros negros, esas regiones donde la gravedad es tan intensa que nada puede salir, ni siquiera la luz. Hawking mostró que el área de un agujero negro siempre crece cuando el mismo interactúa. Esto se parece al comportamiento de una cantidad presente en procesos térmicos llamada la entropía. Junto a otros científicos, particularmente Jacob Bekenstein en Israel, construyeron la llamada termodinámica de los agujeros negros. Pero Hawking fue mas allá. En 1975 estudió qué pasaba si uno suplementaba la noción de agujero negro con ideas (parciales) de la teoría cuántica. Notó que los agujeros negros radiaban, como lo haría un objeto caliente a una cierta temperatura. Esto abrió un gran interrogante: la radiación se lleva energía del agujero negro y por ende masa. ¡Eventualmente el agujero negro se evaporaría completamente! Esto lleva a una pregunta importante: ¿qué pasó con todo lo que cayó en el agujero negro cuando se formó? ¿A donde fue a parar la información acerca de la materia entrante si lo único que queda al final del día es radiación caracterizada por un solo numero: su temperatura? Es lo que se conoce como la "paradoja de la información", no se sabe a donde fue a parar la información que cayó al agujero negro cuando éste se evaporó.

De acuerdo con la mecánica cuántica la información no puede perderse, ¿qué ocurre con ella entonces?

Lamentablemente el cálculo de Hawking sólo es válido para los momentos iniciales del proceso. Aun hoy día no sabemos cómo funciona el proceso completo. En nuestra opinión este es el problema mas importante de la física teórica fundamental, porque involucra a la termodinámica, la física cuántica y la relatividad general en sus regímenes más extremos. El hecho de que a más de cuarenta años aun no lo hayamos entendido es un testimonio a la profundidad del interrogante que nos planteó Hawking.

Hawking continuó su carrera en Cambridge hasta que a fines de los años 70 fue elegido Profesor Lucasiano de Matemática (por varias razones históricas en el Reino Unido la física de la relatividad general se estudia en departamentos de matemática), la cátedra que alguna vez ocupó Isaac Newton. En su discurso de aceptación de la cátedra hablo de "el final de la física en vista?" Se refería a su trabajo en la llamada teoría de la supergravedad. En nuestro entendimiento de la física de partículas actual, las partículas vienen en dos categorías generales, llamadas bosones y fermiones. Por ejemplo, el fotón es un bosón, y los electrones son fermiones. La supersimetría es una simetría que conecta bosones con fermiones y los hace parecer manifestaciones del mismo concepto. Aplicada a la gravedad lleva a la teoría de la supergravedad. En ese entonces aparentaba que la supergravedad resolvía algunos de los problemas conceptuales de las teorías de campos, en particular ciertas cantidades que se hacen infinitas. Luego se mostró que si bien la situación es mejor que teorías de campos ordinarias, los infinitos persisten. Eventualmente la supergravedad se incorporó a una teoría más general aun, la teoría de cuerdas, aun hoy día uno de los mejores candidatos a unificar todas las fuerzas de la física. Es de notar que los experimentos del gran colisionador de hadrones (LHC en sus siglas en ingles) del Centro de Investigaciones Nucleares (CERN por sus siglas en francés) no ha encontrado evidencia alguna de supersimetría aun, lo que pone algo en duda que tan relevantes puedan terminar siendo estas teorías.

Hawking también intentó reconciliar la física cuántica con la relatividad general cuando uno estudia el universo como un todo, el tema llamado cosmología cuántica. Junto a Jim Hartle de la Universidad de Santa Bárbara  propuso que efectos cuánticos eliminan la singularidad del Big Bang y lo reemplazan con una región de "no frontera". Así, la pregunta de cuando comenzó el universo deja de tener sentido.  Una analogía seria el Polo Norte. Uno no puede viajar más al norte que él, pero no hay ninguna frontera allí. Lo mismo pasaría con el origen del universo.

Motivado por conseguir dinero para la educación de su hija, Hawking decidió escribir un libro para el público en general titulado "Una breve historia del tiempo". El mismo fue un gran éxito, permaneciendo en la lista de best sellers de muchos países durante varios meses. Esto generó mucha atención mediática e inició su carrera como divulgador científico, que incluyó varios otros libros y apariciones televisivas, en muchos casos en series populares como Viaje a Las Estrellas, Los Simpsons y The Big Bang Theory entre otras. También lo llevó a opinar en varias entrevistas sobre temas diversos, como el futuro de la humanidad, el ingreso universal básico, religión y ateísmo, cuestiones de política. Su vida ha sido bastante bien plasmada en la película "La teoría del todo", con una brillante actuación de Eddie Redmayne, que le valió un Oscar.

Hawking ha sido, luego de Einstein, el científico más reconocido por el público en general. Su historia de vida sobreponiéndose con optimismo a su terrible enfermedad es una inspiración para todos, mucho más allá de sus muy importantes contribuciones a la ciencia, que lo ubican como uno de los más grandes sucesores de Albert Einstein.

Rodolfo Gambini y Jorge Pullin

Rodolfo Gambini es Profesor Grado 5 de Física en la Facultad de Ciencias. Es miembro de la academia mundial de ciencias, de la academia de ciencias exactas físicas y naturales de Argentina y presidió la Academia Nacional de Ciencias del Uruguay.

Jorge Pullin ocupa la cátedra Horace Hearne de física teórica en la Universidad del Estado de Louisiana. Es miembro de la academia de ciencias de Argentina y Méjico y fue becario Guggenheim, Sloan y Fulbright.

rgambini@fisica.edu.uy

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