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Opinión

Gaston Giribet, Especial para MERIDIANO actual

El legado de Stephen Hawking

El legado de Stephen Hawking

Stephen Hawking-Roger Penrose y el Universo Irrefutable

Gaston Giribet, investigador del Centro de Cosmología y Física de Partículas de New York University, plantea un enfoque que usualmente no se cuenta sobre el célebre Stephen Hawking, fallecido el pasado 14 de marzo. Desde su aguda mirada, Giribet afirma que se suele hacer hincapié en el trabajo sobre agujeros negros de los años´70, por el que el brillante científico se hizo más conocido, pero asegura que igualmente importante es su trabajo previo, donde aparece un Hawking joven, más interesado en la cosmología, en las preguntas del universo como un todo, acerca de qué ocurrió en el instante primero de su gestación.
Un intento por entender de qué se está hablando, cuando se habla del comienzo del todo.

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Stephen Hawking y el infinito irrefutable

La singularidad cosmológica

En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron el denominado fondo cósmico de microondas, una persistente radiación que llega a nuestro planeta proveniente de cualquier dirección del universo en la que se desee observar. Este descubrimiento es considerado la prueba irrefutable de la teoría del big bang; es decir, de la teoría que sostiene que el universo comenzó con una gran explosión hace aproximadamente 13.800 millones de años. La radiación cósmica de microondas es la reliquia de los tiempos de un universo temprano, tiempos en los que los electrones aún no formaban parte de los átomos sino que se movían libremente dotando al cosmos de una opacidad que nada se parece a la claridad que hoy le conocemos.
Tan solo un año después de aquel descubrimiento, por el que Penzias y Wilson recibieron en 1978 el premio Nobel, Stephen Hawking publicaría en Physical Review Letters un artículo en el que, con hipótesis sólidas y argumentos rigurosos, alcanzaba una conclusión perturbadora acerca de la evolución del cosmos: En el pasado, el universo debió ineluctablemente ser infinitamente pequeño e infinitamente denso. En otras palabras, Hawking demostraba en su artículo de 1965 la inevitabilidad de lo que se conoce con el nombre de “la singularidad”.
Para asegurarnos de que apreciamos la importancia del descubrimiento de Hawking, digamos que, en física, cuando uno dice que algo es “infinito” no está diciendo que sea mucho, muchísimo, o superlativo equivalente, sino que uno está diciendo algo distinto: Cuando los resultados de las fórmulas matemáticas que describen las teorías físicas arrojan como respuesta el infinito esto es síntoma de que la teoría falla, de que pierde su poder predictivo, de que deja de describir la naturaleza. Es eso lo que el trabajo de Hawking demostraba: Las ecuaciones de Einstein que describen la evolución del cosmos parecían “romperse” y dejar de ser válidas en los momentos iniciales del universo.

La geometría del universo

Vivimos en un universo que comenzó hace 13.800 millones de años; un universo poblado de astros que se agrupan en sistemas solares que se agrupan en galaxias que se agrupan en cúmulos, formando estructuras que remedan una maraña de dimensiones inimaginables. A esas escalas, el entramado de grandes estructuras de materia forma una masa prácticamente uniforme, isótropa y homogénea: El universo es igual en todo punto en que se esté y en toda dirección en que se mire.
Desde las observaciones astronómicas llevadas a cabo primero por Lemaitre, en 1927, y poco después por Hubble, en 1929, aprendimos que las galaxias lejanas se alejan de nosotros en todas las direcciones, síntoma inequívoco de la expansión cósmica. Desde 1997 sabemos, además, que esa expansión cósmica es acelerada. Esto es, el universo no sólo se expande sino que lo hace cada vez con mayor velocidad, compelido por una oscura energía cuya naturaleza aún desconocemos.

El estado del arte


En los años 1960s, cuando Hawking publicó sus trabajos sobre “las singularidades en el universo”, se solidificaba en la mente de la comunidad científica la idea del universo en expansión, pero aún se estaba lejos de conocer los detalles de dicha dinámica expansiva. Por entonces, permanecían sin respuesta preguntas básicas tales como si la materia contenida en todo el universo sería o no suficiente para que la expansión cesara alguna vez en el futuro debido a la gravedad generada por el universo mismo. Se desconocía también cuál sería la geometría del universo a gran escala, si sería ésta la de un espacio plano como la intuición más pedestre nos llevaba a pensar o la de un espacio curvo como las ecuaciones de Einstein también parecían permitir.
Acaso la cuestión más interesante del debate era, si no la del origen, la de los primeros segundos del universo: Si el universo se expande y así lo ha venido haciendo por tanto tiempo, entonces en el pasado debió toda la materia que forma lo que vemos estar condensada en un volumen pequeño, más y más pequeño a medida que uno piensa en tiempos más y más tempranos. Esto llevó a Hawking y sus contemporáneos a preguntarse si el universo habría sido alguna vez un punto infinitamente pequeño o si, por lo contrario, había comenzado siendo una pequeña (mas no-infinitamente pequeña) bola densa y caliente que albergaba en un puñado toda la materia de tantos soles y galaxias. Otras posibilidades que los físicos se atrevían a imaginar parecían más fantásticas, como la estoico-nietzscheana idea de un universo oscilante que hoy se expande pero que alguna vez supo contraerse, antes de un rebote cósmico.

La irrupción de Hawking y el infinito irrefutable

En 1965, en medio del debate y el acopio de ideas sobre las características del universo primigenio, Hawking irrumpió con una respuesta taxativa: Las ecuaciones de Einstein y las propiedades de la materia que el universo contiene descartan toda posibilidad que no sea la de un universo que en el pasado se encontró concentrado en un punto infinitamente pequeño.
Esto era entonces tan perturbador como lo es hoy, ya que significa que el universo no comenzó a partir de un volumen pequeño muy denso, sino de un volumen infinitamente pequeño e infinitamente denso; es decir, todo cuanto vemos estuvo alguna vez contenido en un punto, en una región del espacio más pequeña que toda partícula que pueda ésta contener, un punto en el tiempo antes del cual ni el tiempo existe. A esto se lo conoce como singularidad cosmológica.
Antes de los trabajos de Hawking de 1965 y 1966 – y sobre todo del trabajo cúlmine que él llevó a cabo en colaboración con Roger Penrose en 1970 – todas las otras formas de universo eran consideradas como posibilidades por los físicos. Por ejemplo, aunque Robertson había ya llegado en 1933 a la conclusión de que un universo homogéneo e isótropo debería inevitablemente comenzar con una singularidad, otros físicos como Lifshitz y Khalatnivov sostenían aún en 1963 que eso no necesariamente era así para un universo que, como el nuestro, tuviera la materia distribuida de manera no perfectamente homogéneas. Muchos creían tener un as bajo la manga con el que refutar el infinito. Pero Hawking dio por tierra con todas esas alternativas al mostrar que, independientemente de las pequeñas inhomogeneidades en la distribución de la materia, las ecuaciones de Einstein no permitían otro posible origen para el universo que el de haber nacido de lo infinitamente pequeño, de un punto sin espacio, un tiempo sin un antes.


Gaston Giribet, Investigador del Centro de Cosmología y Física de Partículas de New York University, profesor de la UBA e Investigador Principal del CONICET.
giribet@gmail.com


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Fecha: 27/03/2018

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