Enrique F. Borja reivindica en la Fundació Cañada Blanch el teòric britànic i analitza els estudis pels quals se’l considera un dels físics més rellevants
“Stephen Hawking ha sigut una figura certament mediàtica per la seua condició física i els seus problemes de salut, que l’han convertit en una icona del segle XX, i també pel gran impacte que van tenir les seues obres de divulgació com Brevíssima història del temps, L’univers en una closca de nou o La teoria del tot, però a mi m’interessa més reivindicar la seua figura com un pensador de la física, perquè estem davant d’un científic de primera línia que ha fet grans contribucions a la ciència i ha deixat oberts problemes molt importants que encara no sabem com resoldre”. Amb aquestes paraules, el físic i divulgador científic Enrique F. Borja va reivindicar a la Fundació Cañada Blanch la figura del científic britànic desaparegut el passat març.
Enrique F. Borja (Madrid, 1978) –doctor en Física Teòrica per la Universitat de València i actual docent i investigador a la Universitat de Còrdova– a la conferència de la fundació «Cañada Blanch».
El llegat científic de Stephen Hawking (1942-2018) va ser l’eix central de la conferència “Les cinc aportacions genials d’Hawking a la física” amb què Enrique F. Borja (Madrid, 1978) –doctor en Física Teòrica per la Universitat de València i actual docent i investigador a la Universitat de Còrdova– va intervenir en el desé cicle “ConecTalks” de divulgació científica. El cicle, dirigit pel catedràtic d’Astronomia i Astrofísica de la Universitat de València, Vicent Martínez, en el qual col·labora l’Institut de Ciències Fisiconaturals de la Institució Alfons el Magnànim, forma part del programa d’activitats de la Càtedra de Divulgació de la Ciència establida entre la Fundació Cañada Blanch i la Universitat.
A Hawking se’l considera com un dels salvadors de la teoria de la relativitat general proposada per Einstein com a teoria de la gravetat, que assenyalava que aquesta no era més que la curvatura de l’espai-temps que respon al contingut d’energia i dels fluxos d’energia que hi ha en un determinat espai, un espai-temps com el nostre univers, va indicar el professor Borja, una idea que va suposar “un canvi radical fonamental en la nostra forma d’entendre la gravetat, ja que fins llavors es creia que actuava com una força, encara que no es tenia molt clara la seua naturalesa, però Einstein va canviar aquesta manera de veure”.
Les singularitats en l’espai-temps
Però la teoria que Einstein va proposar en 1915 era massa complexa i matemàtica, en resultar les equacions molt difícils de resoldre. A més, en algunes situacions, especialment quan es va estudiar com seria l’espai-temps al voltant d’un estel totalment esfèric, o quan es van aplicar les equacions de la relativitat general per a entendre el mateix univers, “mostraven –va ressaltar el divulgador científic– que hi havia uns punts denominats singularitats on la teoria deixava de tenir sentit, uns punts en què la teoria venia a dir-te: ‘fins ací he arribat i no puc donar-te més respostes sobre el que està passant’”.
Això va suposar un xoc per als físics, inclòs Einstein, el qual no sols va negar que aquests punts singulars pogueren existir, “sinó que hauria d’haver-hi processos físics que n’impediren l’aparició en l’origen de l’univers, on tots els seus punts s’havien acostat tant que podia imaginar-se que tot estava contingut en un punt o bé en els forats negres”, va assenyalar Enrique F. Borja. “Els forats negres –va afegir– es produeixen quan un estel deixa de tenir combustible nuclear per a produir fusió, es refreda i perd la capacitat de mantenir una pressió cap a fora i, si això ocorre i l’estel té una massa prou gran, la gravetat provoca que tota la massa de l’estel caiga cap a un punt i es forme el que anomenem un forat negre”. “Per tant –va asseverar–, a l’interior dels forats negres també hi havia una singularitat, una cosa que durant els anys seixanta i setanta del segle passat es considerava un artifici de la teoria i que en realitat no podia ocórrer perquè la naturalesa segurament comptava amb altres mecanismes que impedien l’aparició de singularitats”.
Stephen Hawking va revolucionar la física teòrica. GETTY
Van ser els treballs de Hawking, junt amb els de Roger Penrose i Robert Gero, els que van demostrar que qualsevol teoria de la gravetat que es basara en la geometria de l’espai-temps en condicions molt generals contindria aquests punts singulars. Ells, en certa manera, van rescatar la teoria d’Einstein, “que va passar de ser considerada un paradigma matemàtic a una cosa que podia estudiar-se, ja que les tècniques matemàtiques que van introduir no requerien resoldre les equacions de la relativitat general, sinó que eren idees molt generals sobre com es comportaven els rajos de llum o les partícules en moure’s per un determinat espai”, va afirmar Borja. Per tant, es pot considerar que Hawking, junt amb altres físics, va demostrar fefaentment l’existència de les singularitats en l’espai-temps i que, per tant, la teoria de la relativitat general predeia el seu propi límit.
Els forats negres i l’entropia
Després d’aquests treballs inicials realitzats al voltant de 1970, Hawking va desenvolupar tota la teoria matemàtica formal sobre els forats negres, als quals va atribuir certes propietats molt interessants com les seues característiques sobre la massa, la càrrega i el moment angular. A més, va demostrar que un forat negre és una regió de l’espai-temps en què hi ha una superfície anomenada horitzó a partir de la qual si hi entres ja no en pots eixir.
“Si alguna cosa travessa l’horitzó del forat negre, ja no podrà eixir-ne, perquè necessitaria moure’s cap a l’exterior a una velocitat superior a la de la llum, i això està prohibit per la mateixa relativitat”, va explicar l’investigador de la Universitat de Còrdova, per a exposar a continuació com Hawking va demostrar les propietats d’aquests horitzons i, en concret, “que l’àrea d’un horitzó de successos mai podia decréixer amb el temps, ja que férem el que férem a un forat negre, l’àrea del seu horitzó augmentava o es quedava igual, però mai decreixia”.
Van ser els treballs de Hawking, junt amb els de Roger Penrose i Robert Gero, els que van demostrar que qualsevol teoria de la gravetat que es basara en la geometria de l’espai-temps en condicions molt generals contindria aquests punts singulars.
Sobre l’entropia, una altra magnitud física que només augmenta amb el temps i no pot disminuir, es va produir un altre gran avanç gràcies a la ment privilegiada de Hawking. “Si l’entropia mesura si l’energia d’un sistema és aprofitable per a produir treball útil, a entropies molt altes l’energia estarà com degenerada i no podrà ser aprofitada de manera útil”, va exposar Enrique F. Borja. “Per tant –va afegir–, si l’entropia només pot augmentar amb el temps o quedar-se igual, podia fer pensar que els forats negres tenien entropia i que aquesta anava mesurada amb l’àrea del seu horitzó, perquè el paral·lelisme era claríssim: l’entropia només augmenta amb el temps i l’àrea de l’horitzó d’un forat negre només augmenta amb el temps”.
No obstant això, segons la termodinàmica i l’electromagnetisme, qualsevol cos o sistema físic amb entropia necessàriament ha de tenir una altra magnitud que és la temperatura, i això representa un problema, ja que qualsevol cosa que tinga temperatura emet radiació electromagnètica. “Si els forats negres tenen entropia, han d’emetre coses segons la teoria física, però per definició un forat negre és això d’on no pot escapar res, així que no estava clar”, va descriure Borja. “Un problema que Hawking va resoldre en 1975 en demostrar, utilitzant les regles de la física quàntica combinades amb les regles de la relativitat, que els forats negres podien emetre, i de fet això és el que hui en dia es coneix com a radiació Hawking”, va ressaltar.
El cosmos i la seua època inflacionista
Hawking va contribuir brillantment –va ressaltar Borja– a l’estudi de la cosmologia en demostrar que si l’univers havia passat en el seu inici per una fase molt ràpida d’expansió, l’anomenada època inflacionista, en aquesta etapa es podrien haver produït alteracions de densitat entre els distints punts. Una cosa que xocaria amb les lleis de la gravetat i la relativitat general per les quals cal suposar que l’univers és homogeni i isòtrop, és a dir, que és el mateix independentment de la direcció en què mirem.
Aquestes qualitats de l’univers d’homogeni i isòtrop són certes a gran escala, tal com s’han vist en la radiació còsmica de fons, emesa per l’univers tres-cents mil anys després del seu origen, una radiació tan homogènia com una part en cent mil, la qual cosa vol dir que hi ha unes xicotetes variacions, va explicar.
Hawking va contribuir brillantment –va ressaltar Borja– a l’estudi de la cosmologia en demostrar que si l’univers havia passat en el seu inici per una fase molt ràpida d’expansió, l’anomenada època inflacionista
“Quan mirem la radiació còsmica de fons podem trobar diferències en les energies o en les temperatures d’aquesta radiació d’una part en deu mil a una part en cent mil, i va ser Hawking el que va demostrar que si mirem el nostre univers, no el veiem homogeni i isòtrop, perquè veiem una galàxia ací, un estel allí, en fi, que veiem grups”, va explicar Borja. “Si l’univers haguera sigut inicialment totalment homogeni –va dir–, no tindria estructura, perquè per a això unes parts haurien d’haver sigut més denses i poder atraure’n d’altres formant acumulacions que, amb l’evolució de l’univers, es convertirien en galàxies, mentre que les parts menys denses s’anirien buidant”.
L’origen de l’univers i el gran problema
Stephen Hawking va ser el primer a considerar com seria el mateix origen de l’univers –va indicar. Junt amb James Hartle (Baltimor, 1939) i Neil Turok (Johannesburg, 1958), va combinar les teories de la relativitat amb la de la mecànica quàntica i va arribar a la conclusió que “l’univers podria haver sorgit perfectament del no-res, és a dir, que és totalment possible que un univers aparega espontàniament i comence a evolucionar tal com ho fa el nostre”, va dir Borja, “una cosa al·lucinant que dóna un poc de vertigen i que també consola filosòficament la gent amb creences vingudes a menys”.
Per a concloure la seua intervenció, el doctor en Física Teòrica va destacar que una de les majors contribucions de Hawking a la ciència va ser l’anomenada paradoxa de la pèrdua d’informació dels forats negres, a la qual ningú ha sigut capaç de trobar-li una solució a pesar que la va plantejar en 1975. Borja va exposar així el problema: “Si la mecànica quàntica ens diu que sempre podem saber d’on prové un sistema físic, cremem un llibre, en aquest cas un exemplar d’El Quixot. Segons la física quàntica, si de la foguera poguérem capturar tota la radiació electromagnètica, tot el fum i tota la cendra i hi aplicàrem les equacions de la quàntica i les férem evolucionar cap arrere en el temps, podríem afirmar que tot això és El Quixot. És a dir, en la física quàntica la informació es conserva”.
A continuació, va plantejar tirar l’exemplar d’El Quixot a un forat negre, aquest s’evaporaria per radiació Hawking i eventualment desapareixeria. “El que va demostrar Hawking és que si arrepleguem aquesta radiació no està clar si podríem evolucionar-la cap arrere i assegurar que en aquest forat negre havia caigut El Quixot, la qual cosa representa una minva en el nostre enteniment de la física quàntica que diu que és obligatori que siga possible”, va afirmar Borja. “Si en els forats negres no ocorre això –va afegir– hem de tornar a repensar tot el que sabem de física quàntica, almenys entre la relació que hi ha entre la quàntica i la gravetat, i perquè la gravetat fa que la quàntica siga capaç d’oblidar informació”. Això –va concloure– és un problema al qual les ments més brillants del segle XX i de l’actual estan encara intentant contestar”.
(Aquesta crònica va ser publicada en l’edició digital del diari Levante-EMV el 25-04-2018)
No comments yet.