INTRODUCCION: STEPHEN HAWKING

Sus teorías sobre la singularidad del Universo, el big−bang o explosión original del Cosmos, y los agujeros negros, han revolucionado la Física del siglo XX, abriendo nuevos horizontes a la investigación. Para muchos, Hawking supone la respuesta, en la segunda mitad del siglo, a lo que Albert Einstein realizó en la primera. Stephen Hawking nació en Oxford (Gran Bretaña) el 8 de enero de 1942, en plena segunda guerra mundial. Fue el mayor de cuatro hermanos en una familia de intelectuales; su padre, un biólogo experto en la investigación de enfermedades tropicales, era catedrático del University College de Oxford. La enorme curiosidad que siempre le ha acompañado le hizo interesarse por el mundo de la ciencia, inclinándose por las Matemáticas y la Física; las Ciencias Naturales le parecían demasiado inexactas. Fue un alumno mediocre en el bachillerato, hasta el punto de que su padre dudaba que pudiera aprobar el examen de ingreso en la Universidad de Oxford. No obstante, en 1959 llegó a la Universidad, y aunque con un expediente poco brillante, se graduó dejando una impresión de gran inteligencia, talento y una prodigiosa memoria, a sus profesores. Una beca le permitió realizar estudios de post−grado en la vecina Universidad de Cambridge, donde se especializó en Física Teórica y Cosmología. Hawking quería estudiar junto al famoso astrónomo Fred Hoyle, fundador del Instituto de Astrofísica de Cambridge, pero fue destinado a las órdenes de Dennis Sciama. Por aquellos años Stephen Hawking realizó un viaje a Oriente Próximo y contrajo un virus, que le produjo una esclerosis lateral amitrófica, conocida como enfermedad de Lou Gehrig. Esta enfermedad provoca una destrucción paulatina de las células del sistema nervioso central encargadas de regular la actividad muscular voluntaria, lo que hace que el enfermo pierda sus funciones locomotoras. No obstante, el cerebro se mantiene lúcido. Los médicos le diagnosticaron menos de dos años de vida y Hawking se derrumbó; abandonó su trabajo y sufrió una grave crisis depresiva. A medida que el tiempo pasó y vio que la enfermedad se estabilizaba, recuperó la moral y, en silla de ruedas, comenzó su tesis bajo la dirección del profesor Sciama. Después de doctorarse, Hawking comenzó a trabajar con el físico teórico Roger Penrose en la comprobación matemática del inicio del tiempo. En las mismas fechas fue nombrado profesor adjunto de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica en Cambridge, departamento del que actualmente es catedrático. En 1974 expuso sus teorías sobre los agujeros negros en el laboratorio Rutherford. Los especialistas que se habían congregado allí para oírle tuvieron que rendir su escepticismo a la solidez de los argumentos de aquel joven científico. Ese mismo año Hawking ingresó en la Royal Society y en 1978 recibió el Premio Albert Einstein, considerado el más alto honor en Física Teórica. En 1982 fue nombrado doctor honoris causa por la Universidad de Notre Dame, en París; posteriormente recibió la misma distinción en las universidades de Oxford, Chicago, Nueva York, Princetown, Leicester, Leeds y New Castle. En la actualidad Stephen Hawking ocupa la cátedra Lucasian de la Universidad de Cambridge, la misma que en su día ocupó Isaac Newton. Su trabajo científico ha tratado de aproximar la teoría de la relatividad y la Mecánica Cuántica, entendiendo 1

que su «fusión» podría explicar el origen del Universo. Sus estudios se han dirigido principalmente a los agujeros negros, unas regiones del espacio donde la materia es tan densa que los efectos gravitatorios son tan fuertes que nada escapa de ellos. Hawking ha demostrado que los supuestos «agujeros» son en realidad energía térmica, un flujo constante de partículas con una potencia equivalente a la de seis reactores nucleares. En cuanto al concepto global del Universo, Hawking lo define como un espacio−tiempo finito y curvo, sin bordes ni fronteras. LA OBRA MAS NOTABLE DE STEPHEN HAWKING: EL ESTUDIO DE LOS AGUJEROS NEGROS La gravedad es la partera y el enterrador de las estrellas. Reúne puñados de gas y polvo de las nubes interestelares, los comprime y, si son suficientemente masivos, enciende las reacciones termonucleares en su interior. Luego, durante millones o miles de millones de años, se producen energía, calor y presión que puede balancear la atracción de la gravedad. La estrella permanece estable, como nuestro Sol. Sin embargo, cuando las fuentes de energía de la estrella finalmente se agotan, la gravedad hace que se contraiga sin que nada se lo impida. Las estrellas como nuestro Sol se contraen para convertirse en enanas blancas −−− un millón de veces más densas que el agua, soportadas por fuerzas cuánticas entre los electrones. Si la masa de la estrella que colapsa es de 1.44 masas solares, la gravedad domina a las fuerzas cuánticas, y la estrella sigue colapsando para convertirse en una estrella de neutrones, millones de veces más densa que una enana blanca, y soportada por fuerzas cuánticas entre neutrones. La energía liberada en este colapso expulsa las capas exteriores de la estrella, produciendo una supernova. Si la masa de la estrella que colapsa es de más de tres masas solares, sin embargo, ninguna fuerza puede impedir que colapse completamente para convertirse en un agujero negro. Un agujero negro es una región del espacio en la que la atracción de la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar. Es un "agujero" en el sentido de que las cosas pueden caer, pero no salir de él. Es "negro" en el sentido de que ni siquiera la luz puede escapar. Otra forma de decirlo es que un agujero negro es un objeto para el que la velocidad de escape (la velocidad requerida para desligarse de él) es mayor que la velocidad de la luz −− el último "límite de velocidad" en el universo. En 1783 un astrónomo aficionado británico, el Rev. John Mitchell, se dio cuenta de que las leyes de gravitación y movimiento de Newton implicaban que mientras más masivo es un cuerpo, mayor es la velocidad de escape. Si usted pudiera de alguna manera hacer algo unas 500 veces mayor que el Sol, pero con la misma densidad, razonó, ni siquiera la luz podría moverse lo suficientemente rápido para escapar y ese "algo" nunca sería visto. Pero los astrónomos y físicos necesitaron la teoría de la relatividad general de Einstein, que es la teoría moderna de la gravedad, para entender la verdadera naturaleza y las características de los agujeros negros. La frontera de un agujero negro se llama horizonte de eventos, porque cualquier evento que suceda en su interior está oculto para siempre para alguien que mira desde fuera. El astrónomo Karl Schwarzchild demostró que el radio del horizonte de eventos en kilómetros es 3 veces la masa expresada en masas solares; a éste radio se le llama radio de Schwarschild. El horizonte de eventos es un filtro unidireccional en el agujero negro: cualquier cosa puede entrar, pero nada puede salir. Un agujero negro es un objeto muy simple: tiene sólo tres propiedades, masa, espín y carga eléctrica. Debido a la manera en la que los agujeros negros se forman, su carga eléctrica es probablemente cero, lo que los hace aún más simples. La forma de la materia en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, la materia continuaría colapsando hasta tener radio cero, un punto al que los matemáticos llaman una singularidad, de densidad infinita −−−algo con lo que no tenemos experiencia aquí en la Tierra.

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En teoría, los agujeros negros vienen en tres tamaños: pequeños ("mini"), medianos y grandes ("supermasivos"). Hay buena evidencia de que los agujeros negros de tamaño mediano se forman como despojos de estrellas masivas que colapsan al final de sus vidas, y de que existen agujeros negros supermasivos en los núcleos de muchas galaxias −−− quizá incluyendo la nuestra. Mini Agujeros Negros Un agujero negro con masa menor de tres masas solares no se formaría solo; su gravedad es demasiado débil para causar el colapso sobre sí mismo. Una enorme presión externa se necesitaría para crear un "mini−agujero negro." En 1971, el astrofísico Stephen Hawking teorizó que, en la densa turbulencia de la gran explosión de la que surgió el universo, esas enormes presiones externas existieron y formaron muchos mini−agujeros negros. Estos serían tan masivos como una montaña, pero tan pequeños como los protones de los que los átomos están hechos. Y tendrían otra propiedad extraña: como resultado de las leyes de la mecánica cuántica que gobiernan las partículas muy pequeñas en el universo, radiarían energía espontáneamente y, después de miles de millones de años, eventualmente se evaporarían en una violenta explosión final. Por tanto, los mini−agujeros negros pueden no ser "negros" del todo −−− una posibilidad intrigante. No existe evidencia observacional de mini−agujeros negros pero, en principio, tales objetos podrían estar dispersos por el universo, quizá aún cerca de nuestro sistema solar. ESQUEMA DE UN AGUJERO NEGRO

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Formación de un agujero negro Cuando el gas y el polvo interestelares de una nebulosa se condensan (1), se forma una protoestrella que emite chorros de materia. Ésta continúa condensándose por gravitación al tiempo que se calienta. Cuando la temperatura del núcleo de la protoestrella llega a 10 millones de grados, se inician una serie de reacciones nucleares (2) y nace así una estrella nueva. Más adelante, la corteza del astro sufre una expansión acompañada de calentamiento (3), lo que da lugar a la formación de una gigante roja, de diámetro entre 10 y 100 veces el del Sol. La evolución de la gigante roja depende de su masa. Si es inferior a 1,4 veces la del Sol, el astro es inestable, lanza las capas externas al espacio (5) y crea una nebulosa planetaria. A continuación, la estrella se contrae de nuevo (6) y se transforma en enana blanca, un astro del tamaño de la Tierra. Esta pequeña estrella se enfría y da lugar a una enana negra, que por su baja temperatura no brilla. Si la gigante roja es muy grande, produce hierro y otros elementos pesados, aumenta de tamaño (4) y se transforma en supergigante. Después estalla y libera la materia en el espacio. Si estalla el astro completo (8), evoluciona hacia una supernova; si sólo estalla la parte externa (7), se forma una nova. Según su masa, la supernova engendra una estrella de neutrones (9), o un agujero negro (10) si el núcleo del astro desintegrado tiene una masa suficientemente elevada.

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