Los avances tecnológicos y
científicos permiten comenzar a dar respuesta a preguntas esenciales del
hombre. Con la combinación de los principales logros de la física del siglo XX,
Stephen Hawking reelabora la teoría del Big Bang, la gran explosión que dio origen
al universo.
Stephen Hawking y la teoría del Big
Bang
La
tesis que vincula el nacimiento del Universo a su fin debe mucho a la
combinación de los dos grandes logros de la física del siglo XX: la relatividad
general y la mecánica cuántica.
La contribución que a esta tesis hicieron
investigadores como Jayant Narlikar en la India y Jim Hartle en California - USA, así
como varios especialistas soviéticos, fue sumamente importante. Pero es sobre
todo el nombre de Stephen Hawking, de la Universidad de Cambridge en el Reino
Unido, el que aparece más estrechamente asociado a este descubrimiento.
Mientras
lucha contra su esclerosis lateral amiotrófica, una enfermedad incurable del
sistema nervioso, Hawking ha hecho importantísmos aportes a la ciencia en lo
que respecta a las preguntas esenciales que el ser humano se ha preguntado a lo
largo de la historia de la humanidad.
Durante
veinte años, sus trabajos se concentraron en el estudio de la singularidad -es
decir de un punto de partida de materia de densidad infinita y volumen cero,
tal como debe existir, según la teoría general de la relatividad, en el corazón
de los agujeros negros o como debió existir en el origen del Universo.
En
efecto, se puede describir el Universo con las mismas ecuaciones que un agujero
negro.
Un agujero negro es una región del espacio en la cual la materia está
concentrada y ejerce una fuerza de atracción gravitatoria tan intensa que la
luz misma no puede alejarse de su superficie. Los objetos exteriores pueden ser
arrastrados por el agujero negro pero nada de lo que existe en él puede ser
directamente percibido del exterior.
Un agujero negro puede formarse cuando una
estrella un poco más masiva que nuestro Sol, al llegar al fin de su vida, se
contrae sobre sí misma.
Las ecuaciones de la relatividad general demuestran que
una estrella que se "colapsa" en el interior de un agujero negro debe
efectivamente contraerse hasta el estado final de una singularidad. Es aquí
donde las ideas de Hawking provocan gran revuelo; Hawking demuestra que las
ecuaciones en virtud de las cuales el colapso de una estrella da nacimiento a
una singularidad obligan igualmente a concebir el nacimiento del Universo a
partir de una singularidad.
Sabemos
que el Universo está en expansión porque las galaxias lejanas, tales como las
observamos, se alejan de nosotros a velocidades proporcionales a su distancia.
Ello no significa que nuestra propia galaxia, la "Vía Láctea", esté
en el centro del Universo, pues este fenómeno de recesión debe poder percibirse de la misma manera a partir de cualquier
punto del universo en expansión. Este descubrimiento de los años veinte, es uno
de los fundamentos de la Teoría del Big Bang, según el cual el universo ha
existido infinitamente caliente, dilatándose desde hace unos 15 mil millones de
años.
Remontándose
en el tiempo e invirtiendo el sentido de las ecuaciones, todas las estrellas y
todas las galaxias deben haberse encontrado aglutinadas en una masa muy
caliente, es decir, en una singularidad original.
La
física cuántica describe el comportamiento de partículas, tales como el
electrón, a escala subatómica, en la que nada es absolutamente seguro.
Una
partícula cuántica no puede tener a la vez una posición y una velocidad
perfectamente definidas en el mismo instante. En un volumen reducido de espacio
vacío, allí donde nada debería existir, un pequeño grano de energía puede
aparecer, surgir del vacío y desaparecer en un lapso muy breve. Esta
descripción del vacío como un agitado torbellino de partículas que aparecen y
desaparecen en una fracción infinitesimal de segundo es una piedra angular de
la física moderna.
La
genialidad de Hawking consistió en imaginar la aparición de un par de
partículas en la frontera misma del agujero negro. Podría ocurrir, por simple
resultado del azar, que una de las partículas del par fuera atraída hacia el
agujero negro, y la otra se alejara. Ahora bien, como las partículas no pueden
crearse sino por pares, sólo por pares pueden destruirse. Si en menos tiempo
del que es necesario para que el par se aniquile, una de las partículas
desaparece para siempre en el agujero negro, mientras que la otra escapa de él,
al parecer se violan las reglas de incertidumbre, ya que, en apariencia, se ha
creado una partícula a partir de la nada. Pero Hawking demostró que la masa-energía
necesaria para crear la partícula ha sido engendrada por el agujero negro. En
contrapartida, éste ha perdido masa y se ha contraído un poco. Cuando ese
proceso continúa produciéndose en la frontera del agujero negro, éste se
desvanece paulatinamente y su masa se va transformando en un flujo de
partículas elementales.
Uno
de los problemas sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el
Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se
volverá a contraer).
Hawking,
ha hecho lo imposible para eliminar el concepto de singularidad en el
nacimiento del Universo, considerando las cuatro dimensiones del Universo (tres
para el espacio y una para el tiempo) en forma analógica a la superficie de la
Tierra, pero con dos dimensiones más, como una superficie cerrada en sí misma,
sin fronteras ni límites.
Más
tarde depuró este concepto considerando todas estas teorías como intentos
secundarios de describir una realidad, en la que conceptos como la singularidad
no tienen sentido y donde el espacio y el tiempo forman una superficie cerrada
sin fronteras.
Las
teorías y observaciones más recientes plantean el surgimiento del Universo
desde la nada, como una fluctuación cuántica del vacío, que ha continuado
expandiéndose durante 15 mil millones de años, pero a un ritmo decreciente. En
un determinado momento de un futuro muy lejano (dentro de varias decenas de
miles de millones de años por lo menos) la fuerza de atracción de la gravedad
pondrá fin inevitablemente a esta expansión y la hará cambiar de sentido.
Durante algunas decenas de miles de años, ello no tendrá prácticamente ningún
efecto sobre las estrellas, los planetas y las formas de vida que nos rodean.
Pero llegará un momento en que las galaxias se fusionarán y las estrellas se
chocarán entre sí, aglutinándose en una masa amorfa, hasta desaparecer en la
nada como cualquier fluctuación del vacío, al igual seguramente, que otros
tantos universos que existieron o existen o seguramente existirán en el
infinito del espacio-tiempo.
Si les interesa profundizar en estos temas, les recomendamos fervientemente la lectura de dos libros de Stephen Hawking, escritos de manera sumamente accesible:
"Historia del tiempo", publicado por Alianza Editorial, 1988. Con introducción de Carl Sagan.
"El universo en una cáscara de nuez", publicado por Planeta, 2001.
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