Hoy el mundo entero está de luto: ha fallecido una de las mentes más brillantes de los últimos tiempos, Stephen Hawking. Más allá de su elogiable lucha contra sus limitaciones físicas, producto de su enfermedad, y de su interminable labor de difusión para el público en general de la visión científica del mundo, Hawking ha contribuido a la humanidad con ideas revolucionarias acerca de cómo comprender el universo. En este post, pienso presentar sus ideas más importantes que responden a cuestiones que como humanidad siempre nos hemos preguntado: ¿Podemos conocer la realidad? ¿Cuál es la naturaleza del universo? ¿Hay un inicio del tiempo? ¿El universo pudo surgir de la nada? ¿Es necesario Dios?.
1. Realismo dependiente del modelo:
Es necesario entender cuál era su visión de las teorías físicas y la realidad física. Para él, una teoría física o una imagen del mundo es un modelo (de naturaleza matemático) con un conjunto de reglas que relacionan los elementos del modelo con las observaciones. Lo que es real así dependerá del modelo que se use. Así, para él, carecerá de sentido preguntar si un modelo es real o no; solo tiene sentido preguntar si concuerda o no con las observaciones. Si dos modelos concuerdan, no se puede decir que uno es más real que el otro. Solo se debe usar el que es más conveniente para la situación.
2. La naturaleza cuántica de la realidad y la Suma de historias posibles de Richard Feynman:
Esta visión del realismo dependiente del modelo, permite proponer a Hawking la visión del universo sin terminar de preguntarse si es que realmente es así (fuera del modelo que usa para operar). Para Hawking la naturaleza es cuántica en sí misma. Él rechaza la idea que existe algún proceso físico que corresponde a la reducción de la función de onda cuántica, o que esto tenga algo que ver con la gravedad cuántica o la conciencia. Y ahí el debate con Roger Penrose. ¿Entonces cómo explica qué lo que observemos no se comporte cuánticamente? Para ello, es necesario introducir la idea de Suma de historias posibles de Feynman que es una interpretación de la mecánica cuántica, que Stephen Hawking extrapola a la totalidad del universo.
Para él, el universo en su conjunto no tiene una sola historia determinada, sino todas las historias posibles. Cada historia posible tiene su propia probabilidad, que a su vez está comprendida por las posibilidades de los sucesos que componen esa historia. La probabilidad de cualquier suceso está construida a partir de todas las posibles historias que podrían haber conducido a dicha suceso. Es decir, la probabilidad de cada suceso es la suma de las historias alternativas.
Esta visión cambia completamente la forma de comprender la historia cosmológica. Antes se usaba el método ascendente para la histórica cosmológica: con una historia única bien definida y donde se usaba las leyes para predecir cómo se ha desplegado esa historia. Hawking propone un método descendente: Se parte desde el ahora hacia atrás. Así nuestras observaciones del estado actual afectan el pasado y determinas las diferentes historias del universo. Habrá diferentes historias para todos los estados posibles en el presente. Por tanto, no habrá una sola suma de todas las historias, porque hay múltiples sumas posibles a partir de los estados posibles del presente. Por tanto, la suma no tiene existencia propia, depende de qué se mida. Así Hawking dirá que nosotros creamos la historia mediante nuestra observación-medición en lugar que la historia nos cree a nosotros.
La suma que nos interesaría serían las que se relacionen con nuestras observaciones actuales. Así de todas las historias posibles, seleccionamos el subconjunto que tienen las leyes físicas que observamos y desde ahí construimos su historia desde adelante hacia atrás. Pero puede haber distintas leyes de la naturaleza, puesto que para Hawking estas dependen de las historias posibles: son diferentes leyes para diferentes historias. La razón de que observamos comportamiento clásico es que solo podemos ver parte del universo (para lo cual tenemos que sumar las probabilidades que no observamos).
3. La ausencia de frontera del universo y el “inicio” del tiempo.
Para Hawking, las historias posibles solo están determinadas por una única condición: la ausencia de frontera o contorno al “inicio” de nuestro universo. La plantea para resolver el problema de la singularidad al inicio del big bang: esta llevaría a que las leyes dejen de ser válidas en la singularidad. Pero si dejan de ser válidas en esta, podría dejar de ser validas en cualquier parte, por un principio de la física cuántica según el cual cualquier cosa puede suceder si no está absolutamente prohibida. Para evitar ello es que Hawking plantea que la condición del contorno del universo es que no tiene contorno (ausencia de frontera). ¿Qué significa ello? Que en los albores de nuestro universo la gravedad fue tan grande que deformo el espacio-tiempo, de tal forma que el tiempo se comportó como una dimensión más del espacio. Entonces no hubo ningún “inicio” propiamente porque no había tiempo tal y como lo conocemos (para ello Hawking plantea que en esas circunstancias opera el tiempo imaginario, que es la introducción de números imaginarios en la medición del tiempo). Por tanto, hay ausencia de frontera, no hay un punto inicial en nuestro universo. Un momento el tiempo dejo de fluir para convertirse en espacio. Hawking usa la analogía del inicio del tiempo como el polo sur. No hay nada al sur del Polo sur, que sería decir que no hay nada que ocurrió antes del inicio del universo. Así el espacio-tiempo es finito, pero no tiene bordes. Así la suma de historias del universo sería todas las historias que satisfacen la condición de ausencia de límites y que terminan en el universo que las posibilidades que observamos hoy. Este modelo ayuda explicar el universo en que vivimos.
4. ¿Cómo el universo puede haber surgido de la nada? La no-necesidad de Dios en la creación del universo.
Para Hawking todo el universo fue “creado” de la nada. Más precisamente esta creación sería el tránsito entre el momento en el que el tiempo se comporta como espacio al momento en que empieza a “correr”. ¿Pero cómo puede ser creado de la nada? Ello porque la ley de gravedad es atractiva, la energía gravitaría es negativa: debemos efectuar trabajo para disgregar un sistema gravitatorio ligado. La energía gravitatoria negativa puede contrarrestar la energía positiva para crear la materia. La energía gravitatoria de los cuerpos actualmente es ínfima con respecto a la energía de los propios cuerpos. Cuanto menor la distancia, mayor el valor absoluto de esa energía negativa. Antes que la energía negativa supera a la positiva, un cuerpo se vuelve agujero negro. El espacio vacío es estable por eso, no puede aparecer de la nada. Pero en el origen del universo esto no fue así: A escala del universo, la materia (e+) puede ser contrarrestada exactamente por la e-, por lo cual no hay restricción a la creación de universos enteros. Se da una creación espontánea. No hay razón para recurrir a Dios. Pero como hay ausencia de bordes, el universo es cerrado en sí mismo por lo tanto está creación de la nada solo es posible para el conjunto del universo: “empezó” en todos los estados posibles, con diferentes leyes, pero desaparecieron algunos por las fluctuaciones cuánticas.
5. La búsqueda de la unificación de la Teoría de la Relatividad General y la mecánica cuántica y su vínculo con la exploración de los agujeros negros.
Hawking también era un fiel buscador de una teoría del todo, que unificará las dos principales teorías que usamos: La teoría de la Relatividad General y la teoría cuántica. El creía que la teoría M, que unificaba distintas teorías de cuerdas podría lograr ello. Su aporte a esta unificación la hizo a partir de su trabajo sobre los agujeros negros: Postulo que los agujeros negros no son completamente negros, sino emiten radiación. La fórmula de esta radiación (la radiación de Hawking) combina por primera vez ambas teorías de una forma coherente.
Aquí un par de resumenes de sus libros:
* El gran diseño (que a mi parecer es el libro donde resume la totalidad de su pensamiento)
* La naturaleza del espacio y tiempo (debate con Roger Penrose, que retoma el debate entre Einstein y Bohr acerca de la naturaleza de la mecánica cuántica)
