¿Qué significa la ecuación en la tumba de Stephen Hawking?

Cuando Stephen Hawking murió el 14 de marzo de 2018, era el científico vivo más famoso del mundo. Durante sus 76 años de vida, el físico británico escribió decenas de artículos científicos y libros de divulgación, participó en documentales, series y hasta fue interpretado en el cine.

La esclerosis lateral amiotrófica que le diagnosticaron a los 21 años ―que le obligó a vivir en silla de ruedas y a utilizar un sofisticado sistema para poder comunicarse― no fue un obstáculo en su carrera científica ni en su estrellato. Pero, de todos sus logros, él quiso ser recordado por una teoría en particular, una cuya fórmula está tallada en su lápida ubicada nada menos que en la Abadía de Westminster, a pocos pasos de las tumbas de Isaac Newton y Charles Darwin. Se trata de la llamada radiación de Hawking.

A siete años de su muerte, esta teoría es tan importante para comprender el universo en general y los agujeros negros en particular, que instituciones del prestigio de la NASA y el CERN trabajan en detectarla.

La “gran sorpresa” de Hawking

“Aquí yace lo que era mortal de Stephen Hawking (1942-2018)”, dice la lápida tallada en piedra Caithness. Su color “pizarra” ―un gris oscuro que no alcanza a ser negro― combina con la teoría.

En el centro de la piedra tiene grabados una suerte de espirales rodeando una elipse y los 10 caracteres de la ecuación. La ecuación “expresa su idea de que los agujeros negros del universo no son completamente negros, sino que emiten un resplandor que se conoce como radiación de Hawking”, explica la Abadía de Westminster, que tiene a la venta en su tienda oficial una postal de la lápida.

Pero, mucho antes de alcanzar el estatus de souvenir, la idea de que los agujeros negros no son en verdad tan negros provocó rechazo hasta en el propio Hawking. En 2016, el físico dio dos conferencias para la BBC en el marco del programa anual Reith Lectures. Allí, el físico contó que a principios de 1974 “estaba investigando cómo sería el comportamiento de la materia en las proximidades de un agujero negro”.

“Para mi gran sorpresa ―continuó―, descubrí que el agujero negro parecía emitir partículas a un ritmo constante. Como todo el mundo en ese momento, yo aceptaba la máxima de que un agujero negro no podía emitir nada. Por lo tanto, me esforcé mucho en tratar de deshacerme de este efecto embarazoso. Pero, cuanto más pensaba en ello, más se negaba a desaparecer, por lo que al final tuve que aceptarlo”.

La pregunta detrás de la teoría

Para entender la radiación de Hawking es necesario antes comprender dos conceptos, le dice a BBC Mundo Gerardo Herrera Corral, investigador titular en el Departamento de Física del Cinvestav de México e investigador asociado del CERN.

El primero es un fenómeno que se llama producción de pares y que ocurre cuando “un fotón, que es una partícula de luz, de pronto produce un par de partícula y antipartícula”, explica el físico mexicano. “Luego, casi de inmediato, esta partícula y antipartícula se atraen nuevamente la una a la otra y se aniquilan, o sea, se vuelven a encontrar, para producir otra vez el fotón que generó el par”, agrega. En otras palabras, es una fluctuación: hay un fotón que produce un par, que se “aniquila” y vuelve a ser un fotón.

El segundo concepto tiene que ver con una de las características más fascinantes de los agujeros negros: su llamado horizonte de eventos. “Esto es una línea, una frontera, que lo separa al objeto del resto del universo”, dice Herrera Corral. “El horizonte de eventos es el límite de no retorno: cuando algo cruza esa línea, ya no vuelve más al universo visible, al universo que conocemos. Ni la luz puede escapar de un agujero negro”, continúa.

Hawking, entonces, se preguntó: ¿qué ocurriría si la producción de pares sucede en el horizonte de eventos? “En presencia de un agujero negro, un miembro de un par de partículas puede caer en el agujero, dejando al otro miembro sin una pareja con la cual aniquilarse”, explicó Hawking durante su citada conferencia.

“La partícula o antipartícula abandonada puede caer en el agujero negro después de su pareja, pero también puede escapar al infinito, donde parece ser radiación emitida por el agujero negro”, agregó. Esa radiación que escapa es justamente la que lleva su apellido. Es la ecuación tallada en la piedra.

El fin de los agujeros negros

Una de las consecuencias de la radiación de Hawking es que predice el fin de los agujeros negros. Y para entenderlo, es necesario volver a la producción de pares. “En la vida diaria, ese fenómeno ocurre cuando un fotón pasa cerca de un átomo porque el campo electromagnético que genera el átomo le da la energía necesaria para que se produzca la producción de pares que luego se aniquila”, afirma Herrera Corral.

Ahora, cuando la producción de pares sucede en el límite del agujero negro, este fenómeno “extrae un poquito de energía del horizonte de eventos”. No obstante, “como ocurre muchos miles de millones de veces, la continua producción de pares en el horizonte de eventos está sacando energía del agujero negro”.

“Entonces, como consecuencia, después de miles de millones de años, el agujero negro se evaporará: habrá cedido toda su energía al fenómeno de producción de pares y desaparecerá”. Para tener una noción de tiempos, según la NASA, un agujero negro estelar ―o sea, del tamaño más pequeño probado hasta hoy― tardaría decenas de veces la edad actual del universo en evaporarse. Pero, esto no quiere decir que haya que esperar todo ese tiempo para probar la radiación de Hawking de forma experimental.

El Nobel que no fue

Uno de los mayores esfuerzos experimentales para detectar la radiación de Hawking está a cargo de la NASA. “En junio de 2008 la NASA lanzó al espacio el telescopio Fermi, que tiene como objetivo hacer un mapa de las fuentes de rayos gamma, las fuentes de luz en el universo”, cuenta Herrera Corral. “Hawking dijo que podrían existir agujeros negros primordiales que se evaporarían y, al hacerlo, emitirían una radiación que esperamos ver con la sonda espacial Fermi”, explica.

Por otra parte, continúa el físico mexicano, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN “ha estado buscando la radiación que podrían emitir micro agujeros negros que se produzcan en las colisiones y que, al evaporarse, se desintegren en un montón de partículas que podrían ser vistos en los detectores”.

A pesar de estos y otros intentos, han pasado más de 50 años desde que Hawking describió su radiación y aún no ha sido observada. Como dijo en su charla, desatando la risa del público: “Es una lástima, porque si lo hubieran logrado, yo habría ganado el Premio Nobel”.

*Por Ana Pais

Por BBC Mundo

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