La física y la filosofía de Stephen Hawking

Hawking en los Simpsons

El recientemente fallecido Stephen Hawking era probablemente el físico más famoso del mundo. Probablemente también sea el más mediático después de Einstein: mientras escribo estas líneas la cadena Neox está emitiendo un especial de episodios de The Big Bang Theory y Los Simpsons en el que Hawking apareció, eso por no hablar de sus apariciones estelares en Star Trek la Nueva Generación o Futurama.

¿Pero está justificado todo el revuelo mediático más allá de sus apariciones televisivas, su conocida enfermedad o sus libros de divulgación? Yo creo que sí. No sólo era un cerebro de primera sino que sus trabajos se hallan en un campo, el de la Relatividad General, que pocos científicos osan hollar.

No pensaba hablar del tema, más que nada porque ya lo han hecho otros muchos durante estos días y no quería repetir lo ya dicho. Sin embargo, hace un par de días recibí un mensaje de un chaval de Gijón. Por lo visto, su profe de Filosofía les ha encargado un trabajo por grupos para rendir homenaje a Stephen Hawking. Adrián y unos cuantos han pensado en hacer un vídeo con opiniones sobre él, y me ha pedido mi colaboración. El resultado es el vídeo La física de Stephen Hawking, que espero le sea de utilidad. En él describo rápidamente algunos de los descubrimientos más audaces de Hawking y concluyo que, en efecto, es un genio de primera.

Para su desgracia, nunca ganó el premio Nobel. Como sabemos, esos premios se obtienen cuando se efectúa una verificación experimental de algún descubrimiento. Kip Thorne (uno de los sucesores intelectuales de Hawking) se pasó muchos años trabajando en la detección de las ondas gravitacionales, pero sólo recientemente –cuando finalmente fueron detectadas- fue galardonado con el Nobel. Hawking trabajó en temas que quizá nunca puedan ser verificados, o quizá tardemos un siglo, o puede que diez años. En cualquier caso, le llega tarde.

Pero seguro que no se fue decepcionado. Stephen Hawking se lleva el cariño, la admiración y el respeto de todos. Cuando la rubita Penny (TBBT) lo definió como “el tío de la silla de ruedas que inventó el tiempo” nos dio un buen ejemplo de hasta qué punto se integró en la cultura popular.

Este es mi homenaje personal. Pequeño pero sincero.

Buen viaje, profesor.

La física de Stephen Hawking

22 comentarios

Participa Suscríbete

Francis Francis

Por cierto, Arturo, no sé si es adecuado calificar a Kip Thorne como “uno de los sucesores intelectuales de Hawking”. Thorne es dos años mayor que Hawking, defendió su doctorado en 1965, cuando Hawking lo hizo en 1966. Se conocieron en 1974 (en diciembre fue su famosa apuesta Penthouse/Private Eye), cuando Hawking visitó Caltech durante el curso 1974-1975; allí Thorne era IP del grupo de relatividad. Ambos codirigieron la tesis doctoral de Don Page.

Serendipia Serendipia

Gracias por tu homenaje a tan gran pensador, físico y científico.
Pero por desgracia y viendo los comentarios despectivos en otros medios de comunicación por parte de muchos ignorantes de a pie, Hawking tiene razón cuando afirmó que muy probablemente la civilización humana no tenga salvación y esté en peligro en los próximos 200 años.
Este mundo se está convirtiendo en una civilización egoísta, carente de valores, autodestructiva y lo que es peor ignorante y pasiva.

espaidual espaidual

amén a lo dicho.
Espero que sea la última vez que la RSEF tenga que aparecer en los medios por algo tan evidente como ésto: http://rsef.es/images/Fisica/CartaDirectoABC.pdf

Respecto a la conjetura del genio y la popularidad de Hawking y la falta de Nobel:
La pregunta que hay que incentivar no es: ‘porque Hawking no recibió el Nobel?’ sino ‘Que hicieron otros para recibirlo?’. Creo que es un muy buen momento para hacer pedagogía de las carreras científicas de otros genios menos populares. Muy poca gente sabe quien fue John Bardeen, por poner un ejemplo evidente.

Adr3im Adr3im

Umm, pero si algo no puede ser demostrado pro la experimentación ¿es ciencia? ¿o es filosofía?

Según Ricgard Feyman, “si los resultados no coinciden con la experimentación la teoría esta mal es errónea, por muy bonita que sea, muy innovadora que sea, muy importante que sea quien la desarrolla, si no coincide con la experiencia, o no puede ser demostrada es errónea esta mal”

Ergo, es imposible que a este hombre le diesen un Nobel de Física.

El argumento de no se ha demostrado aun pero quizás algún día se haga es un tanto peregrino, por esa misma regla cualquier cosa es posible yo la digo y ya algún día demostrarán que es así o que no es así.

Es má como bien dice pocos físicos se dedican a estudiar lo que hacía este hombre, por lo que ni siquiera han intentado falsa sus teorías se quedan en el limbo de la filosofía.

Para mí ha sido siempre una persona muy mediatizada, usada para dar publicidad y bombo a la “física moderna” lo que no esta mal, la ciencia siempre necesita buena prensa, pero era más un filósofo que un físico, al menos como se entiende mundanamente que es un físico esto es alguien que busca y encuentra en ocasiones explicaciones a la realidad no un inventor d teorías filosófico científicas que rayan sino traspasan a la ciencia ficción.

Todo eso sin desmerecer sus méritos que como otros muchos científicos de todo el mundo menos conocidos, seguro que tenía.

Saludos.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Adrián, yo soy físico y una profesora de filosofía de un instituto también me ha pedido que le cuente la contribución de Hawking.
Es difícil de hablar de ello sin meterse en ecuaciones, pero como esa profesora de filosofía le tiene “alergia” a las matemáticas no pude mostrarle la ecuación de la entropía del agujero negro; míratela en la wikipedia. La verdad es que en todo esto, uno empieza a explicarse y comienza a carecer de sentido lo que uno dice.
Por ejemplo, ¿cómo es posible que alguien todavía se atreva a hacer equivaler el big bang con un agujero negro?; ¿pero no estamos diciendo que el agujero negro se caracteriza sólo por tres parámetros (masa, carga y momento angular), mientras que todo el mundo sabe que el big bang (en concreto el modelo lambda-CDM) se caracteriza por seis parámetros?.
Otro asunto sospechoso es eso de la singularidad. La singularidad de los agujeros negros era algo novedoso que, en los ’70 y ’80 (cuando Hawking investigaba), tenía su interés teórico. Hoy en día muchos cosmólogos (por ejemplo en el último congreso de cosmología al que asistí en 2017) no hacen caso al concepto de singularidad cuando se habla del big bang (por lo que explican el inicio del universo como una secuencia sin singularidad: 1-inflación, 2-precalentamiento_efectos-topológicos , 3-bang ( expansión del universo)): y claro al dejar de lado ese concepto de singularidad, ni el tiempo, ni el espacio, se crearon de la nada en el big bang. Tampoco parece de mucho interés la singularidad en los agujeros negros: por ejemplo un patinador que gira sobre el hielo cerrando sus brazos aumenta su velocidad angular (si acortase tanto todo su cuerpo que se convirtiera en una línea, su velocidad angular se dispararía al infinito, pero eso nunca pasa porque en la vida real un patinador que gira nunca es una linea recta que gira); y lo mismo pasa con el agujero negro: nunca se alcanzan los cambios topológicos necesarios para que hablar de eso de la singularidad tenga sentido.
Por último, sobre el legado de Hawking aparte de la física; todo aquello que en sus últimos 30 años ha venido diciendo: de los alienígenas, de si un ser supremo es o no necesario o de cualquier otro asunto; hay que entender que una persona tan inteligente como Hawking sabe que sus opiniones se olvidarán tarde o temprano, pero el mostrar esas opiniones le hacen a él estar en el “candelero” (en la fama). Y aquí es lo importante que podríais debatir en clase: ¿hasta qué punto es ético que un famoso muestre abiertamente sus opiniones para estar de moda? (otro ejemplo es el españolismo de Marta Sánchez para vender su espectáculo musical).
Saludos, Adrián y que te dure esa curiosidad.

gregorio gregorio

Que le pasa a un agujero negro si rota a una velocidad enorme? (En principio podría alcanzar cualquier velocidad). Perderia masa? Espero tu respuesta.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Gregorio, el agujero negro no es una batidora que, al girar muy rápido, vaya echando fuera su propia masa. Tampoco puede girar a velocidades arbitrariamente altas. Si quieres comprender este sistema físico debes leer del arxiv.org: astro-ph/1002.0480 y gr-qc/0706.0622 : (1) en la primera figura del primer artículo se entiende porqué la velocidad máxima de rotación del agujero negro no puede superar la masa del agujero negro; (2) en la primera figura del segundo artículo se ve que nada de lo que caiga dentro del horizonte de sucesos externo podrá salir del agujero negro aunque éste gire a velocidades enormes. El proyecto: eventhorizontelescope.org/science comparará los horizontes de sucesos de dos agujeros negros supermasivos (el del centro de nuestra galaxia y el de la galaxia M87). Por otro lado, ¿un agujero negro estático y solitario pierde masa?: Sí, pero sólo por el mecanismo de radiación de Hawking. La potencia radiada es: P = K/M2, con K ≈ h_*c^6/(15630*PI*G^2) = 3.562..·10^32 W*kg^2. Como ves, si la masa del agujero negro es la de un cohete super-pesado 10^7 kg, entonces la potencia radiada es enorme Pc=10^18 W; pero si esa masa es como la del sol, entonces la potencia radiada es pequeñísima: Ps=10^-34 W. Por eso se dice que los agujeros negros supermasivos serán lo último que desaparezca de nuestro universo.

Ada Ada

Dices que un agujero negro se caracteriza solo por tres parámetros. Es decir dos agujeros con los tres parámetros iguales serían ligeramente idénticos. En otro interesante post que acabo de leer también en Naucas, se dice que eso generaría un problema pues no sé conservaría la información y se dice que podrían tener pelos. Se indica que el propio Hawking apoya está versión. ! Que son estos “pelos”?

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Ada, se conjetura que un agujero negro no tiene “pelo” si sólo se puede caracterizar por su: masa, momento angular y carga. Y ello afecta a la teoría de la información cuántica ya que la información que cayera dentro de su horizonte de sucesos nunca se podría medir desde fuera del agujero negro (lo que va en contra de los teoremas de conservación de la información cuántica). Pero sólo son especulaciones de físicos teóricos y por ahora nadie puede hacer un experimento de ese tipo. Otra conjetura sobre los agujeros negros es ER = EPR: es decir dos agujeros negros conectados a través de “la quinta dimensión” podrían estar correlacionados a través del entrelazamiento cuántico. A todas estas conjeturas, mientras no vayáis a las matemáticas, no les tenéis que hacer mucho caso.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Gregorio, hoy en día en España, un profesor de física en una universidad se dedica: a la docencia de cosas sencillitas, a investigaciones ‘pa’ pasar el rato, etc. Ya hemos visto en el vídeo qué nivel hay. No sé si ‘el profe de física’ te responderá; yo creo que no, pero esperemos a ver.
De todas formas, si no censuran mis comentarios, yo te responderé el día 27 de Marzo de este 2018. Tengamos paciencia.
PD: También hablaré de los pelos de los agujeros negros y de lo que la gente tenga a bien preguntar en estos comentarios antes del 23 de Marzo .

Trenchtown Trenchtown

Desconozco cuál es la filosofía de Stephen Hawking, otra cosa es que algunas de sus ideas tengan un correlato con la filosofía de la ciencia. Quiero decir que desconozco si se declaraba aristotélico, platónico, empirista, kantiano, etc. Donde se manifestó con claridad es en lo referente a su ateísmo, pensaba que para explicar el universo no era necesario invocar una instancia divina o trascendente, en este sentido coincidía con Laplace. Se cuenta que cuando Laplace presentó a Napoleón su Tratado de mecánica celeste, el emperador le preguntó qué papel ocupaba Dios en el sistema del universo laplaciano. La respuesta de Laplace fue breve, dijo que no necesitaba al Creador para formular su sistema. Dado que el ateísmo se emparenta con el nihilismo, futuros estudios sobre la obra y las ideas de Hawking quizá lo sitúen cercano a las tesis nihilistas.

Ada Ada

Hay otra cuestión que tampoco me queda clara relacionada con mi pregunta anterior. Decias que un un agujero negro se caracteriza exclusivamente por tres parámetros y todo estaría en un punto, esto implica que su propiamente es es cero (todo estaria en un punto por tanto no hay variación, ln 1 =0), sin embargo en el otro articulo que he citado antes se da una expresión que indica que la propiamente es proporcional al área ¿Como se explica esto ?

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Ada, por esto que preguntas (propiamente) es por lo que hay que ir descartando el concepto de singularidad en un punto. La fórmula de la entropía del agujero negro (S) es: S=k*A/(4*L^2) donde k es la constante de Boltzmann, A es su superficie y L la longitud de Planck. La superficie A es proporcional al cuadrado de la masa del agujero negro y también es proporcional al cuadrado de su radio (como en todo lo circular/esférico). Un agujero negro sin rotación con la masa del sol, tiene un horizonte de sucesos de 3 km de radio. ¿Cual es el máximo número de bits que podemos almacenar en esta esfera de radio r=3 km?. Solución: Smax/Sbit = (k*4*PI*r^2)/(4*L^2) / (k*ln2) = PI*r^2 / (ln2*L^2), que aproximadamente da 10^77 bits. Por comparar, se dice que todas las fotos hechas hasta ahora en todo el mundo no llegarían a ocupar un ‘pen drive’ de 10^20 bits.

Ada Ada

Quería decir que implica que su entropia es 0 (pero el corrector me ha puesto “propiamente”). Al menos eso es lo que yo deduzco de la definición de entropia mi profe de física del insti, pero no nos ha hablado de agujeros negros.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Ada, yo continúo: pongamos que volcamos todos los bits que podamos tras el horizonte de sucesos de un agujero negro de masa como la del sol (que ya ves que podrían caer hasta 10^76 sin llenarlo) ¿seguro que nunca podrían ser medidos desde fuera del agujero negro?. Solución: Hawking, en una de sus múltiples idas y venidas sobre este asunto, escribió una vez en un libro que se podría sacar continuamente esa información durante la evaporación de los agujeros negros a través de correlaciones entre diferentes modos. Es decir, en la radiación de Hawking: el campo gravitatorio más allá del horizonte de sucesos es tan potente que crea partículas y campos desde el vacío cuántico y algún vínculo debía haber entre la información que existe allí y la que pueda caer en el agujero negro. Hawking no veía cómo podía hacerse esa correlación, pero esa era su mejor apuesta si la información se tenía que conservar.

MarianoS MarianoS

Ada, ya que no parece que ‘elprofedefisica’ te conteste, intentaré responder a tu muy razonable duda.
Simplificando, pero no desfigurando, hay que comenzar por el principio: al margen de su descripción en la métrica y en las ecuaciones de la Teoría de Einstein de la gravedad, en la Naturaleza un agujero negro de origen ‘estelar’ se produce en ciertas circunstancias cuando una estrella de masa suficientemente grande colapsa bajo su propio peso, lo que ocurre al final de su vida, cuando la presión de la radiación producida en la reacciones termonucleares de fusión que tienen lugar en el núcleo de la estrella deja de ser suficiente para mantener la estrella en equilibrio ‘hidrostático’. Si la masa que colapsa no es demasiado grande (menos de unas 3 masas solares, creemos), el colapso se detiene dando lugar a una estrella de neutrones, un objeto de densidad parecida al la del núcleo atómico, y el principio de Pauli para los neutrones es la ‘fuerza’ responsable de detener el colapso. Para una estrella de neutrones de masa solar (la masa de nuestro Sol), su radio sería del orden de 10 Km. Pero si la masa es suficientemente grande (creemos que del orden de varias masas solares al menos) lo que ocurre es que ni el principio de Pauli para los neutrones ni ningún mecanismo conocido es capaz de detener el colapso y toda la materia que está colapsando acaba …. bueno, no sabemos muy bien cómo acaba, y lo de decir que acaba ‘comprimida en un punto de tamaño 0’ es más que nada una forma de hablar, ya que sin duda en esas condiciones necesitaríamos tener una teoría cuántica de la gravedad, de la que aún carecemos.

Lo que sí sabemos es que sigue ‘ahí’, que sigue teniendo hacia el exterior los mismos efectos gravitatorios que tenía antes de colapsar, y de todo ésto tenemos actualmente evidencias recientes: en la detecciones de ondas gravitatorias de 2015, 2016 y 2017 hemos ‘visto’ agujeros negros y estrellas de neutrones.

Esto nos lleva a lo relevante a tu pregunta. Resulta que toda esa materia que ha colapsado está ‘rodeada’ por una superficie ‘imaginaria’, que sí que tiene un ‘tamaño finito’ (en el caso más sencillo de que el AN no rote y no tenga carga eléctrica es una esfera, si el AN rota o tiene carga es un poco más complicada). Esta superficie es lo que se llama horizonte de sucesos del AN, y marca la frontera entre la región del espacio ‘exterior al AN’ desde la que se podría ‘escapar’ del AN (a expensas de disponer de una cantidad de energía suficiente) y la región del espacio ‘interior al AN’ desde la que no es posible escapar, incluso si dispusiéramos de energía ilimitada. Así que la materia, la carga o el momento angular que colapsaron siguen ahí, en el interior del horizonte de sucesos. Como en la teoría clásica de la Gravedad de Einstein hay la limitación fundamental de que nada del interior puede salir, eso es todo lo que podemos decir. Y por cierto, la teoría ha sido comprobada una y otra vez observacionalmente con precisiones apabullantes, incluida la observación de las ondas gravitatorias.

Se supone que otros mecanismos pueden haber producido Agujeros Negros de origen no estelar; sus masas entonces podrían ser menores. Un ejemplo que se menciona en el video, ‘un agujero negro del tamaño de una montaña’ debe entenderse como ‘un agujero negro de la MASA de una montaña’, que es del orden de 10^13 Kg; cuando calculas cual es su tamaño geométrico, que es el radio de su horizonte de sucesos su ‘radio’ (de Schwarzschild, si no rota ni tiene carga electrica) es 2 G M / c^2 que resulta ser del orden de 10^{-14} m, como ves el orden de magnitud del tamaño de un núcleo atómico. No me preguntes porqué el video habla de tamaño de manera tan confusa; si quisiera comentar todo lo que se dice en el video que avergonzaría decir a cualquiera que sepa un poco del asunto tendría para un rato, y no es esa mi intención.

Cuando se habla del tamaño físico o del área del AN de lo que se habla realmente es del tamaño o del área de su horizonte de sucesos. La materia que forma el AN está en el interior, pero si ha colapsado o no a un punto (tamaño 0) no es lo relevante en la relación entropía-área de un agujero negro, sino el área del horizonte de sucesos, que es no nula. Para tener una idea de los valores, el radio del horizonte de sucesos de un AN que tuviera la masa de nuestro Sol sería del orden de 3Km; antes vimos el radio que correspondería a un AN de masa de una montaña, que es del orden del tamaño de un núcleo atómico.

Esta relación, en opinión de muchos, es seguramente la contribución esencial de Hawking. No lo dudes, es una fórmula magnífica y tantalizante (sorry por el anglicismo) que de momento es de las pocas relaciones que emergen de la superficie del océano de nuestra ignorancia sobre una teoría cuántica de la gravedad. En la fórmula verás que aparecen las tres constantes h cuántica, c relativista y G gravitatoria (y la k de Boltzmann, que cierra la relación con la entropía). Cuando la entendamos bien (lo que posiblemente aún llevará su tiempo) habremos subido otro escalón. Entiendo que eres estudiante de instituto; esa tarea será para vuestra generación.

Antonio (AKA "Un físico") Antonio (AKA "Un físico")

Al final voy a escribir 7 comentarios. Es un poco abuso, lo sé. No creo que lo vuelva a repetir, pero era una lástima que gente con curiosidad y con ideas: se quede sin respuesta. Aquí mismo, en Naukas, hay un blog donde han censurado mis comentarios. Uno explica lo que sabe, pero puede que haya otra gente que sepa más que uno. No hay que sentirse amenazado y ponerse a censurar lo que otros dicen. En fin, a ver qué pasa con este blog.
Esto de la sabiduría va en ambas direcciones: recuerdo aquella otra entrada sobre el CNI y la criptografía del Gran Capitán. Si hay afición por unos criptogramas y te dedicas a ello, pues igual sabes tanto o más que el CNI. En fin, corto ya. Felicidades al Centro Nacional de Inteligencia por la captura del fugado Puigdemont.

DonLuis DonLuis

Soy testigo de que el bloguero de Naukas que te ha expulsado de los comentarios de su blog no lo ha hecho porque sepas mucho, sino por tu reiterada agresividad verbal gratuita y tu mala educación. Lo realmente raro es que en Naukas solo te haya expulsado uno, pero todo se andará

Adreim Adreim

¿lo estas amenazando o me lo parece a mí?

Hombre un blog de ciencia que censuren opiniones que no le interesan … no es lo más científico que hay ¿ o si? como digas si me parto.

¿ofensivo? ¿mal educado? … Bueno esta claro que hoy en día decir eso es muy fácil cualquiera se siente ofendido por cualquier cosa y eso justifica la censura … (no no la justifica) en otros tiempos en los internet era internet y no esto de hoy en día cuando alguien decía algo inconveniente el administrador no censuraba la respuesta lo que hacia es :
1.- Avisar al autor para que modifique su respuesta, ya que todos podemos equivocarnos en las formas.
2.- Si no rectifica editaba el administrador la respuesta y sustituir las palabras inadecuadas por **** pero dejaba la respuesta y esas palabra sustituidas solo se sustituían si eran insultos como hizo de tal o cosas similares.
3.- SI el autor insistia en los insultos, entonces se le babeaba pro un tiempo o indefinidamente peor NUNCA se borraban comentarios.

Pero claro esos eran otros tiempos, que ya uno va para mayor.

Eduardo Eduardo

Hawking fue legendario sin dudas, por sus aporte a la física como por su capacidad de sobrevivir a una enfermedad devastadora como la ALS. Lo que no alcanzo a entender es por qué la predicción de la existencia de la radiación Hawking es tan famosa si hasta ahora no se la pudo detectar. Entiendo los problemas asociado a la detección de tan bajas temperaturas y que está de acuerdo a los conceptos modernos de la mecánica cuántica. Los físicos dan como un hecho de que existe, a pesar de la falta de confirmación experimental.

Responder a Arturo Quirantes Cancelar respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *