Las grandes aportaciones de Stephen Hawking a la ciencia

Sus brillantes ideas y su ingenio hicieron que el físico británico Stephen Hawking ganara admiradores de todos los ámbitos, mucho más allá de la ciencia, y se le llegó a comparar con Albert Einstein e Isaac Newton
Las grandes aportaciones de Stephen Hawking a la ciencia
(Foto: EFE)
14/03/2018
00:56
Redacción
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Todo el mundo conocía la brillantez cósmica de Stephen Hawking, pero pocos podían comprenderla. Ni siquiera astrónomos de primera línea. 

Hawking, que murió este miércoles en su casa en Cambridge, Inglaterra, a los 76 años, se convirtió en el rostro público del genio científico. En algunos aspectos, el físico británico era el heredero del aura de genio-como-celebridad de Albert Einstein

Sus aportaciones a la ciencia y en específico a la física, son comparables a las hechas por grandes científicos como Albert Einstein. Aquí algunos de los más importantes:

LOS AGUJEROS NEGROS
Un agujero negro es una región del espacio con una cantidad de masa concentrada tan grande que no existe la posibilidad de que algún objeto cercano escape a su atracción gravitacional. Ni si quiera la luz.

¿Qué pasaría si una persona se para sobre la superficie de un planeta y lanza una piedra hacia arriba? Esta subirá durante un tiempo y la atracción que sufre hacia el planeta, debido a la gravedad, hará que caiga. Pero si se lanza con una velocidad suficientemente grande, conocida como velocidad de escape, continuará subiendo y alejándose del planeta por siempre.

El valor de la velocidad de escape depende de la gravedad y de la masa del planeta. Si tiene mucha masa, su gravedad es muy fuerte y la velocidad de escape será enorme.

Un agujero negro corresponde entonces a una concentración de tanta masa en una región tan pequeña, que hace que la velocidad de escape sea mayor a la de la luz.

Incluso, si se enciende una linterna apuntando de manera vertical, el haz de luz será afectado por la gravedad y no podrá escapar. La idea de los agujeros negros no es reciente.

Las primeras nociones surgen en el siglo XVIII, pero la Relatividad General de Einstein, en 1915, hizo que empezaran a tomarse en serio.

En los 70, Hawking tomó como base estos estudios y logró una descripción de la evolución de los agujeros negros desde la física cuántica.
 

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LA TEORÍA DEL TODO
Computadores y celulares son desarrollos modernos producto de la mecánica cuántica, rama de la física que describe los fenómenos a escalas subatómicas, y que ha significado una de las mayores revoluciones en física del siglo XX.

Otra de ellas es la Relatividad General, como es conocida la teoría de gravedad de Einstein, que ha traído una visión nueva y geométrica de la gravedad. Es decir, en la forma de medir tiempo y longitud gobernados por la gravedad, enriqueciendo nuestro conocimiento con ideas como agujeros negros, teoría del Big-Bang, agujeros de gusano y singularidades.

Todas ellas provienen del estudio de una de las empresas más ambiciosas de la mente humana: unificar en una sola teoría la ciencia que describe lo pequeño (como átomos y núcleos) y la gravedad, que domina las escalas astronómicas.

Este es uno los principales objetivos de la muy sonada por estos días Teoría del Todo. En 1929, mientras observaba galaxias desde Monte Palomar (EU), el astrónomo Edwin Hubble descubrió que éstas se alejan de nosotros con una ley bastante curiosa: a mayor distancia, mayor velocidad.

Estas observaciones obligaron a cuestionar que si el universo se está expandiendo, el volumen de nuestra galaxia -la Vía Láctea- debió ser menor en el pasado.

Surgieron inquietudes como: ¿Para qué época el volumen de nuestra galaxia era el de una pelota de ping-pong? ¿Es posible que ese volumen haya sido nulo en alguna época pasada? ¿Nos da el universo la posibilidad de indagar por el origen del espacio y del tiempo?

Trabajos realizados por Hawking y Roger Penrose, utilizando la relatividad, mostraron la posible existencia de singularidades en el espacio y el tiempo. Una de las características importantes de las singularidades es que, en estas, la Teoría General de la Relatividad de Einstein pierde todo poder de predicción.

El modelo actual del universo, basado en observaciones, predice que en el pasado todo estaba concentrado en una singularidad del espacio-tiempo. A partir de este estado, y como consecuencia de un mecanismo físico, a la fecha desconocido, y que llamamos la gran explosión (Big Bang), se formó el universo.
 

¿EXPLOSIONES DE AGUJEROS NEGROS?
Los agujeros negros, queparecen inmortales, también se pueden extinguir bajo los efectos de la física cuántica. Es decir, pueden evaporarse y desaparecer.

El paradigma de la relatividad general dice que los efectos de la gravedad se pueden entender curvando el espacio-tiempo. Algo así como coger un balón y colocarlo sobre una tela estirada. El balón, por su masa, la deforma (curva el espacio y el tiempo).

Cuerpos compactos, como estrellas de grandes masas al final de sus vidas, no solo deforman el espacio-tiempo sino que pueden atrapar información, energía y materia, llevándolas a una región sin regreso. En definitiva, forman un agujero negro.

La genialidad matemática de Hawking logró una técnica para analizar la física relativista de agujeros negros, añadiéndole herramientas de la cuántica. En ese universo de lo cuántico, el vacío está lleno de pares de partículas virtuales -no se ven directamente- que nacen conjuntas, se encuentran y se aniquilan. Su autodestrucción se da porque una tiene energía positiva (partícula) y otra negativa (antipartícula).

El efecto Hawking combina ese comportamiento del vacío con la estructura espacio-temporal en los agujeros negros. En el caso de que algo se acercara a un agujero negro, podría entrar en una región a partir de la cual, si da un paso, el agujero terminaría atrapándolo. Eso se conoce como horizonte de eventos o límite de no retorno.

Con la presencia del horizonte de eventos, la antipartícula, si se crea del lado interno de la frontera, facilitará la fuga de la partícula positiva hacia el infinito.

Así, la antipartícula resta masa al agujero negro y la partícula se aleja para ser detectada por observadores desde la Tierra, como radiación que proviene de la región colapsada (el agujero negro). Es la llamada radiación Hawking, el mayor y más conocido aporte del físico británico a la ciencia.

Para el observador, la entrada de antipartículas que aniquilan la masa del agujero terminarán evaporándolo y este morirá.
 

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CÓMO PUEDEN SURGIR LAS GALAXIAS
Una teoría popular en cosmología sostiene que el universo en ciernes pasó por un período de rápida inflación poco después del Big Bang.

Hawking fue uno de los primeros en mostrar cómo las fluctuaciones cuánticas (variaciones minúsculas en la distribución de la materia) durante esa inflación podrían dar lugar a la expansión de las galaxias en el universo.

Lo que comenzó como una pequeña diferencia creció en la estructura cósmica que actualmente conocemos, cuando la gravedad hizo que la materia se agrupara. Los mapas recientes de los cielos que recogen el tenue resplandor del Big Bang revelan los tipos de variaciones con los que Hawking trabajó.

LA FUNCIÓN DE ONDA DEL UNIVERSO
Hawking pasó gran parte de su tiempo tratando de desarrollar una teoría cuántica de la gravedad.

Comenzó aplicando su idea de la gravedad cuántica euclidiana a los agujeros negros, pero en 1983 se asoció con Jim Hartle en la Universidad de Chicago.

Juntos propusieron una "función de onda del universo" que, en teoría, podría usarse para calcular las propiedades del universo que vemos a nuestro alrededor.

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