Stephen Hawking, aportaciones de un físico mediático
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Stephen Hawking,
aportaciones de un físico
Física
mediático
Mario Castro Ponce
Universidad Pontificia Comillas - ICAI
E-mail: marioc@iit.comillas.edu
Recibido: 16 de mayo de 2021
Aceptado: 10 de julio de 2021
RESUMEN: El 14 de marzo de 2018 fallecía a los 76 años Stephen W. Hawking, uno de
los científicos más admirados de los últimos tiempos, tanto por sus aportaciones aca-
démicas a la física como por su capacidad para divulgar entre el gran público cuestio-
nes de una gran complejidad teórica. Tanto es así que su obra Breve historia del tiempo se
ha convertido en un superventas mundial. Detrás de la imagen más extendida de una
figura mediática a la que con 21 años le diagnosticaron ELA y que desde hace bastante
tiempo le tenía prácticamente inmovilizado, se encuentra un gran investigador y di-
vulgador científico, lo que le ha valido ser merecedor de importantes reconocimientos
en todo el mundo. Pero ¿cuáles son sus aportaciones más relevantes a la ciencia y, de
manera especial, a la física? Este es el objetivo del presente escrito.
PALABRAS CLAVE: física; origen del universo; agujeros negros.
Stephen Hawking, contributions of
an influential physicist
ABSTRACT: On March 14, 2018, Stephen W. Hawking, one of the most admired sci-
entists of recent times, died at the age of 76, both for his academic contributions to
physics and for his ability to disseminate issues of great theoretical complexity to the
general public. So much so that his work A Brief History of Time has become a world
bestseller. Behind the most widespread image of a media figure who was diagnosed
with ALS at the age of 21 and for quite some time had been practically immobilized, is
a great researcher and scientific disseminator, which has earned him important awards
around the world. But what are his most relevant contributions to science and, in par-
ticular, to physics? This is the purpose of this paper.
KEYWORDS: physics; origin of the universe; black holes.
Razón y Fe, 2021, t. 284, nº 1453, pp. 213-220, ISSN 0034-0235 213Mario Castro Ponce
1. Introducción fundamentales (la relación entre
la gravedad y la física cuántica), y
Stephen Hawking tenía el aura universales como el Big Bang.
de una estrella del Rock. Amado
Para entender la magnitud de sus
y odiado, idealizado por unos y
contribuciones, es importante des-
denostado por otros, la realidad es
tacar tres “edades” científicas en
que Hawking era un físico, y de los
su carrera. En sus primeros años se
buenos. Su enfermedad o sus opi-
convirtió en el experto de referen-
niones acerca de la Filosofía y la
cia en los agujeros negros, que son
Religión forjaron una imagen que
nubla al científico. En esta era de la singularidades (“infinitos”) debi-
pos-verdad, resulta cada vez más dos a la gravedad. Después llegó
difícil separar el mito de la reali- su gran contribución acerca de la
dad. Es por esta razón (y porque radiación de los agujeros negros.
me lo ha pedido un amigo), que Finalmente, por sus aportaciones
escribo estas palabras en las que a la visión cuántica del origen del
intentaré aportar una visión, des- Universo, con las que consiguió
de el ámbito puramente científico, convertir el propio Universo en
de sus aportaciones a la Física y de objeto de estudio científico. En
su impacto real en nuestra forma cada una de estas tres etapas, sus
de ver el mundo. Sirvan pues de aportaciones cambiaron el rumbo
reivindicación del Hawking cien- de la Física y, en muchos casos,
tífico y espero que disipen la nube tomaron a la comunidad científica
de ignorancia creada por aquellos por sorpresa.
a los que gusta despreciar el talen-
to ajeno.
2. Los agujeros negros
Todo lo que escribo se puede re-
sumir en una frase sencilla: desde El interés de Stephen Hawking por
el mundo de la Física teórica se la Astronomía le llevó a contactar,
reconoce que Hawking ha sido el como estudiante, con Fred Hoyle
científico que más ha contribuido (el padre de la teoría del universo
a nuestra visión de la gravedad estacionario y que, jocosamente,
desde Einstein. En una época en la acuñó el término Big Bang para
que la Física sólo tenía ojos para la ridiculizar la hipótesis de un uni-
mecánica cuántica y las partículas verso con un origen temporal). La
elementales, Hawking supo mirar negativa de Hoyle a dirigir la te-
en otra dirección y aportó respues- sis doctoral a Hawking supuso un
tas a problemas concretos pero varapalo para el joven de Oxford,
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pero le condujo hacia Dennis Scia- te al reconocimiento de su trabajo
ma, desconocido para Hawking (ya durante su época de estudian-
en aquel momento, que demostró te de doctorado) fue la idea de ex-
tener la valiosa habilidad de saber trapolar los resultados de Penrose
qué se cocinaba en todas las áreas no a una estrella que colapsa sino
de la Física teórica. Con ayuda de al propio Big Bang. En su visión, el
Sciama (mentor de otros físicos re- instante primigenio del universo
putados) Hawking se centró en el era una singularidad espacio-tem-
estudio de los agujeros negros. El poral como las que estudiaba Pen-
propio Sciama le puso en contacto rose. Más aún, y en un terreno más
con el entonces joven matemático técnico, Hawking fue capaz de re-
de Oxford Roger Penrose. Éste, lajar algunas de las restricciones
había sido capaz de probar ciertos de Penrose acerca de las condicio-
teoremas que demostraban que nes de simetría del espacio-tiempo
una estrella muy masiva podría a situaciones asimétricas como el
llegar a colapsar en una singula- propio Universo (que, como per-
ridad espacio-temporal que hoy cibimos cuando miramos al cielo,
en día conocemos como agujero no es homogéneo, sino que está
negro. lleno de «irregularidades»).
Un agujero negro es un punto en el No quiero que en la metáfora se
que la densidad y la curvatura del pierda el valor de su aportación;
espacio-tiempo se hacen infinitas esos resultados no eran simple-
lo cual, probablemente, será incó- mente fruto de trasladar una idea
modo para un lector sensato, pero
de un contexto a otro (que ya en
no para los físicos, acostumbrados
sí mismo habría sido genial),
a lidiar con este tipo de “problemi-
sino que Hawking se vio forza-
llas” matemáticos. A pesar de que
do a generalizar las herramientas
estas estructuras fueron conjetura-
matemáticas tradicionales para
das por Oppenheimer (el super-
acomodar sus nuevos resultados,
visor del proyecto Manhattan) en
realizando a su vez aportaciones
realidad las estructuras de las que
a una rama de las matemáticas
hablaba Oppenheimer emergían
llamada topología diferencial. En
en un mar de suposiciones acerca
esta línea Hawking y Penrose pu-
de la simetría del espacio que no
blicaron en 1970 un artículo que
tenían mucho que ver con la rea-
lidad. generalizaba todos los resultados
anteriores, y por tanto extendía
La genialidad de Hawking, y lo aún más la generalidad de la pro-
que le catapultó instantáneamen- pia teoría. Dicho trabajo le granjeó
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la distinción de fellow de uno de una vez más por los trabajos de
los colleges de Cambridge, algo in- Penrose sobre agujeros negros gi-
usual a los 28 años de edad. En ese ratorios. Penrose había demostra-
mismo año, fue elegido como uno do que sería posible extraer ener-
de los miembros más jóvenes de gía de un agujero negro dotado
la Royal Society. Desde entonces, de un movimiento de rotación, lo
la Física sigue atascada intentan- cual fascinó a escritores de cien-
do explicar (o incluso evitar) esa cia ficción como Arthur Clarke o
singularidad primigenia. Por todo Charles Sheffield. Si bien la teoría
esto, como decía antes, el impacto resultaba fascinante, seguía en-
de Hawking en la Cosmología y en marcada en el ámbito de la Física
nuestra visión del universo sólo es clásica (no cuántica). Por su par-
superada por el propio Einstein. te Hawking, en colaboración con
James Bardeen y Brandon Carter,
Desde un punto de vista humano, desarrolló una “mecánica” general
estas contribuciones resultan más del agujero negro que, además de
abrumadoras teniendo en cuen- incluir el efecto descrito por Pen-
ta que padecía desde hacía años rose, tenía un asombroso parecido
de Esclerosis Lateral Amiotrófica matemático con la termodinámi-
(ELA) y, ya desde 1974, no podía ca, en la que el llamado horizonte
alimentarse solo ni levantarse de de eventos (algo así como el área
la cama. Prácticamente, desde de influencia del agujero negro)
aquel año su voz era tan débil y su jugaba el papel de la entropía de
discurso tan entrecortado que sólo un sistema termodinámico.
unos pocos allegados podían en-
tenderle. Poco después de sus tra- Este tipo de analogías son frecuen-
bajos sobre el origen del Universo, tes en Física y, generalmente, no
Hawking centró su interés en los son más que casualidades o el fru-
propios agujeros negros, y ahí se to de aproximaciones o simetrías
cierra lo que algunos biógrafos en la teoría. No obstante, un joven
han denominado la «edad clásica» estudiante de doctorado de Prin-
de Hawking. ceton llamado Jacob Bekenstein
sugirió que se trataba de algo más
que de una metáfora. En principio
3.
La radiación de los agujeros Hawking se mostró escéptico, ya
negros que si fuese así el agujero negro
tendría una temperatura y por
En su segunda edad centró el inte- tanto perdería energía en forma
rés en otro problema, estimulado de radiación. El consenso general
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en ese momento era que no es po- Éste sería el origen de la radiación
sible que el agujero pierda energía del agujero negro. Dicho de otra
si hasta la luz se ve atrapada en su manera, los agujeros irradian ma-
horizonte de eventos (¡por eso es teria, y en consecuencia podemos
negro!). hablar de su temperatura (llama-
da, acertadamente, de Bekenstein-
Aquí llega la segunda genialidad
Hawking). Finalmente, esto impli-
de Hawking, y probablemente su
ca que los agujeros no son negros
contribución más relevante a la Fí-
sino grises; esto es un tecnicismo,
sica teórica: invoquemos a la me-
pero es una frase estupenda para
cánica cuántica. En aquellos años,
impresionar a los amigos toman-
la visión predominante (que sigue
do una cerveza.
siendo la actual, especialmente
después del escepticismo crecien- El trabajo de Hawking (publica-
te hacia la teoría de supercuerdas) do en 1973) es todavía considera-
es que la mecánica cuántica dota do el trabajo más relevante de su
de un carácter errático y proba- carrera, probablemente por ser el
bilístico a la dinámica a escalas primer caso en el que las dos gran-
microscópicas. Una de las conse- des teorías de la Física teórica (la
cuencias del carácter aleatorio de cuántica y la relatividad general)
la naturaleza (abanderada por el se dieron la mano. Más allá de las
físico Richard Feynman) es que implicaciones obvias acerca de los
el espacio no está completamente agujeros negros, este trabajo abrió
vacío, sino que es un mar caóti- nuevos interrogantes que aún no
co de partículas y antipartículas
se han podido responder: ¿si el
que, durante un brevísimo lapso
agujero negro se evapora, cuánto
de tiempo se crean, separan, reen-
tarda en extinguirse?, cuando está
cuentran y aniquilan entre sí (lla-
a punto de extinguirse y tiene ta-
madas virtuales por su corto tiem-
maño “cuántico”, ¿qué pasa con
po de vida).
las fluctuaciones cuánticas en su
En este contexto, Hawking intuyó interior?, y una un poco más filo-
que si uno de esos pares de par- sófica, ¿adónde va la información
tículas se crease en la frontera de que se pierde debida a la partícula
un agujero negro, de tal manera que cae en el interior del agujero?
que una de ellas se crease dentro Como digo, estas preguntas aún
del horizonte de eventos y la otra no tienen respuesta, e incluso al-
fuera, la primera sería “engullida” gunas conjeturas propuestas por
por el agujero, pero la segunda el propio Hawking han demos-
podría liberarse y alejarse de él. trado ser falsas (y él se ha retrac-
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tado modestamente). Una de estas que esta vez Hawking planteó una
conjeturas dio lugar en 1993 a una agenda a la comunidad científica
de las apuestas más famosas de la que consistía en estudiar el Big
Física, entre Hawking y los físicos Bang mediante una teoría unifica-
Kip Thorne y John Preskill. Resul- da que bautizó como cosmología
ta curioso que a pesar de que el cuántica. Esta agenda era, si cabe,
propio Hawking la dio por perdi- más ambiciosa que la búsqueda de
da en 2007, son ahora los otros dos una teoría unificada de las interac-
los que no están tan convencidos ciones fundamentales, porque no
de su postura, en un bonito ejem- sólo aspiraba a entender las inte-
plo de anti-dogmatismo. racciones sino a aplicarlas al estu-
dio del Universo en su conjunto.
4.
La visión cuántica del origen Durante los años 80, y aliado con
del Universo el físico James Hartle, Hawking
persiguió el problema de la cos-
mología cuántica desde un punto
No contento con haber aplicado la
de vista algo distinto al conven-
relatividad general a la compre-
cional. Mientras que la visión pre-
sión del Big Bang, o de haber fun-
dominante era la de encontrar una
dado una nueva rama de la Física
manera consistente de cuantificar
(la termodinámica de los agujeros
la gravedad, Hawking y Hartle se
negros), Hawking se embarcó en
centraron en dos problemas com-
su tercer gran proyecto científico.
plementarios.
Quizá motivado por su éxito de
unir la física cuántica y la relati- Por un lado, en 1983, publicaron
vidad general para entender los un trabajo titulado “La función de
agujeros negros, Hawking dedicó onda del Universo” en clara refe-
el resto de su carrera a la llama- rencia al objeto central de estudio
da cosmología cuántica, aunque de la mecánica cuántica: la función
con escarceos frecuentes en otros de onda, que describe la probabili-
problemas particulares. Si bien en dad de un estado físico. La nove-
sus famosos trabajos sobre la ra- dad de este trabajo es que propo-
diación de los agujeros negros esa nían un procedimiento con el que
combinación se había mostrado el estado de todo el universo po-
exitosa, no era más que una teoría dría ser calculado. En entrecomi-
semi-clásica: trataba de manera llado la palabra “podría” porque,
desigual los objetos cuánticos (las al igual que en algunos resultados
partículas) y clásicos (el espacio- de Alan Turing sobre las máquinas
tiempo y el agujero negro). Así de estados finitos, el diablo está
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en los detalles y aún no sabemos modo, aunque la noción de tiem-
cómo realizar ese cálculo. po no tiene sentido en el Big Bang,
puede existir perfectamente dicho
No obstante, la relevancia de ese Big Bang.
trabajo está en que, al igual que
con sus primeros trabajos sobre la A pesar de la originalidad de es-
singularidad del Big Bang, cambió tos desarrollos, no tuvieron tanto
la forma en que la ciencia aborda el calado en la comunidad científica
problema del origen del Universo. como sus trabajos previos, por lo
El Universo ya no era algo metafí- que en parte han quedado relega-
sico, un “contenedor” donde habi- dos a algo exótico. Pero su provo-
tamos, un objeto de especulación. cativa agenda de crear una cos-
Ahora estaba sujeto a preguntas mología cuántica ha sido una de
antes relegadas al laboratorio: de las decisiones más influyentes de
qué está hecho, cuál es su edad, los últimos 40 años, que él mismo
cómo surgió, cómo evolucionó... acuñó con el atractivo nombre de
“la teoría del todo”. Curiosamen-
Su segundo objetivo durante te, el énfasis que el propio Haw-
aquellos años se centró en la idea king hizo sobre este tema en su li-
de tratar el tiempo como una di- bro Una breve historia del tiempo ha
mensión (al igual que la altura, popularizado esa idea del tiempo
la anchura y la profundidad) me- como un espacio imaginario –en
diante un truco, algo ingenuo, lla- el sentido matemático de número
mado el tiempo imaginario. Para complejo–.
los que tengan algún conocimien-
to de matemáticas, se trata de me- A finales de los 80 y en los 90
dir el tiempo en una variable que Hawking realizó otras aportacio-
es proporcional al número “i”, que nes puntuales a la teoría del Uni-
se define como la raíz cuadrada verso inflacionario de Alan Guth,
de -1. Este artificio permite estu- la producción de helio en univer-
diar las singularidades espacio- sos anisotrópicos del Big Bang, la
temporales de tal manera que en llamada cosmología “N grande”,
lugar de tener infinitos, que no re- el cálculo de la matriz de densi-
sistirían un análisis cuántico, tene- dad del Universo, la topología y
mos un origen del universo “sua- estructura del Universo , los lla-
ve”. Roger Penrose suele explicar mados universos bebés, los instan-
este resultado con una analogía: tones de Yang-Mills, las espumas
aunque no tiene sentido hablar espacio-temporales, algunas ideas
de latitud en el polo norte, pode- sobre la supergravedad, o algunas
mos caminar sobre él. Del mismo más populares entre el gran públi-
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co como la flecha del tiempo o los actualizada en colaboración con
agujeros de gusano. Leonard Mlodinow (“Una bre-
vísima historia del tiempo”) o el
Pero Hawking no volvió a ser un algo errático “El gran diseño”,
líder o un pionero como en dé- que han ido perdiendo relevancia
cadas anteriores. Esto coincidió, con los años, al igual que sus últi-
en parte, con sus crecientes pro- mos trabajos científicos.
blemas físicos. En 1985, se con-
tagió de neumonía y tuvo que A título personal, quiero enfatizar
someterse a una traqueotomía, el impacto de Una breve historia
lo que le impidió hablar irrever- del tiempo. Aquellos que crecimos
siblemente, y desde entonces se viendo el Cosmos de Carl Sagan y
limitó a escribir en una computa- leyendo a Stephen Hawking fui-
dora con pequeños movimientos mos atraídos hacia la Física con
de su cuerpo, y reproducirlo con una pasión similar a la atracción
un sintetizador de voz. La otra de un adolescente por el Rock,
razón por la que sus contribucio- casi como esas partículas virtuales
nes científicas fueron perdiendo en la proximidad de un agujero
calado se debió, probablemente, negro. Como decía al principio,
a su dedicación a la divulgación Hawking siempre tuvo el aura de
científica. Su primer libro, Una super-estrella. Como los mitos de
breve historia del tiempo (1988) se la música (John Lennon, Jimi Hen-
convirtió instantáneamente en un drix o Keith Moon) su vida per-
superventas mundial; estuvo en- sonal alimentó su leyenda, pero
tre los más vendidos durante 237 —parafraseando a Vito Corleo-
semanas en la lista de The Sun- ne— pregunten por ahí y les dirán
day Times entrando en el libro que SÍ, que Stephen Hawking ha
de los récords. Ha vendido casi sido y siempre será un científico
10 millones de copias y ya va por genial, y ningún científico serio al-
su cuadragésima edición. Poste- berga dudas acerca de su talento y
riormente ha escrito otros libros, su impacto en la Física contempo-
como una versión condensada y ránea. n
220 Razón y Fe, 2021, t. 284, nº 1453, pp. 213-220, ISSN 0034-0235También puede leer
