10 d’ag 2020

Anar al contingut

FÍSIC GENIAL

Hawking: les seves teories sobre el cosmos extrem

El científic va fer contribucions fonamentals sobre els forats negres i el 'big bang'

Va portar les principals teories físiques fins al punt de destapar paradoxes irresoltes

Michele Catanzaro

Hawking: les seves teories sobre el cosmos extrem

STEPHEN HAWKING S UNIVERSE

Stephen Hawking, el genial físic mort aquesta nit, va declarar en una entrevista que volia ser recordat per les seves contribucions a l'estudi dels forats negres, més que per haver aparegut en un episodi d'Els Simpson. Encara que siguin menys populars que les seves aparicions mediàtiques, les seves teories són el que realment l'ha convertit en un dels físics més destacats del segle XX.

"Va ser com un pilot d'avions de combat, que els prova portant-los al límit. De la mateixa manera, va portar a l'extrem la teoria de la relativitat, per veure com deixava de funcionar i què se'n pot aprendre. I la va ajuntar amb la mecànica quàntica, ensenyant com xoquen entre si en situacions de singularitat", afirma Licia Verd, investigadora ICREA de l'Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICC-UB), que va coincidir amb Hawking en congressos i seminaris a Cambridge.

Les singularitats i el 'big bang'

L'estudi de les singularitats de la teoria de la relativitat d'Einstein -situacions en les quals els càlculs donen com a resultat infinit i la teoria entra en crisi- va protagonitzar els primers treballs de Hawking, en les dècades del 1960 i el 1970 a Cambridge, en col·laboració amb un altre important físic, Roger Penrose.

"Van demostrar que el big bang potser només va ser una singularitat, que l'Univers va tenir un començament que les equacions no poden descriure, i per entendre'l no n'hi ha prou amb la teoria d'Einstein", explica Roberto Emparan, investigador ICREA de la UB.

Hawking va investigar una altra manifestació d'aquestes singularitats: els forats negres, uns objectes en els quals la gravetat és tan forta que ni tan sols la llum se'n pot escapar. Juntament amb George Ellis, va deduir d'aquesta premissa importants conclusions sobre les propietats dels forats negres.  

L'evaporació dels forats negres

"La seva contribució successiva va ser introduir la mecànica quàntica en la teoria dels forats negres", explica Cristiano Germani, investigador de l'ICC-UB que va fer el seu postdoctorat a Cambridge sota la direcció de Hawking entre el 2003 i el 2006. Relativitat i quàntica són les dues grans teories físiques del segle XX. La primera funciona bé per explicar la gravitació dels objectes macroscòpics, mentre que la segona és ideal per interpretar el comportament dels objectes microscòpics. De tota manera, l'encaix entre les dues teories segueix fallant, especialment en situacions extremes com el big bang i els forats negres.

La unió de les dues teories va portar Hawking a concloure el 1974 que hi havia alguna cosa que sí que aconseguia escapar-se dels forats negres, l'anomenada radiació de Hawking. "En altres paraules, els forats negres no són del tot negres: emeten alguna cosa", explica Emparan. A mesura que emeten aquesta radiació, aquests objectes es desfan, en un fenomen que el físic va batejar com a evaporació dels forats negres.

"L'evaporació és lentíssima i la radiació és menor que la radiació de l'Univers, així que la seva teoria no està confirmada experimentalment, però és àmpliament acceptada, almenys per descriure el que li deu passar a un forat negre jove, acabat de formar", afirma Germani.

La paradoxa informacional

Les deduccions de Hawking no es van aturar allà, i van arribar al que segueix sent un misteri: la paradoxa informacional dels forats negres. "Imaginem-nos que un forat negre sigui el producte d'una estrella, amb certes propietats, un cert nombre de partícules, etcètera. Quan s'evapori, analitzant la radiació emesa, s'hauria de poder arribar a la informació sobre el seu origen. Hawking va arribar a la conclusió que no es podia", explica Germani.

Aquest resultat és desconcertant, perquè la física té com a premissa implícita que la informació es pot desordenar, però no desaparèixer. "Pots esmicolar l'Enciclopèdia Britànica i pot ser molt difícil reconstruir-la; però no hauria de ser impossible en principi", explica Emparan.

Quan una teoria, aplicada a un fenomen, genera paradoxes d'aquesta mena, això sol apuntar que ha donat de si tot el que podia i és necessari desenvolupar-ne altres de noves. Encara que Hawking va matisar la paradoxa el 2004, la qüestió continua oberta.

Al marge de les seves contribucions històriques, Hawking va aportar idees i teoremes en els àmbits més diferents, com per exemple sobre la radiació de fons, testimoni del big bang difós per tot l'Univers. Fins fa pocs dies seguia defensant a la televisió la seva teoria més atrevida sobre l'origen quàntic de l'Univers.