Hawking en su agujero negro

La interacción gravitatoria fue la primera de las fuerzas básicas que el hombre sometió a un análisis científico. La teoría de la gravitación de Newton fue, durante mucho tiempo, el paradigma de la teoría científica exitosa. En 1905 Einstein, culminado trabajos de Lorentz, Poincaré y otros, formuló la famosa teoría de la relatividad y, en 1917, extendió esta teoría a la interacción gravitatoria, obteniendo la llamada teoría de la relatividad general. El éxito de ésta traspasó los límites del mundo científico, convirtiendo a Einstein en un personaje de culto. Y no era para menos: la teoría de la relatividad general explica la gravitación como un aspecto de la geometría del espacio y del tiempo.

Pero la teoría de Einstein se ha revelado más problemática de lo que hubiera podido suponerse. En primer lugar, cuando se aplican las ecuaciones de Einstein a cuerpos cuyos campos gravitatorios son muy intensos (como es el caso para estrellas mucho más masivas que nuestro sol) ocurre que sus soluciones implican que dicho cuerpo se convierte en lo que se conoce como un agujero negro: que son cuerpos celestes de los que no puede escapar ni la propia luz que produjesen.

Pero esta no es su propiedad más extraña. Un agujero negro giratorio produce una tal deformación del espacio y del tiempo en su entorno, que es posible realizar un viaje alrededor de él y volver al punto de partida, antes de haber salido: al parecer, la teoría de la relatividad general implica la posibilidad de viajes en el tiempo, con todas las paradojas que esto conlleva. Por otra parte, nadie ha sido capaz aún, después de más de setenta años de intentos, de hacer una formulación de la relatividad general compatible con la otra gran teoría del siglo XX: la mecánica cuántica.

Una extraña materia oscura
Finalmente, cuando observamos el Universo a gran escala, encontramos que las teorías de que disponemos (tanto la teoría de Einstein de la gravitación como las de partículas elementales) no permiten explicar su comportamiento: los movimientos de las estrellas exteriores en las galaxias son tales que sólo pueden explicarse postulando la existencia de una extraña materia oscura, compuesta de partículas distintas de las que observamos en el laboratorio o con nuestros telescopios, y la velocidad de alejamiento de dichas galaxias unas de otras parecen indicar la existencia de una no menos extraña energía oscura, que permearía el Universo y causaría repulsión entre las galaxias que lo pueblan.

Es imposible, en un futuro previsible, hacer experimentos que verifiquen las propiedades cuánticas de la gravitación; y tampoco disponemos de agujeros negros, giratorios o no, con los que poder comprobar experimentalmente su total negritud, o si los viajes en el tiempo que las ecuaciones de Einstein implican son realmente posibles. Pero esto no ha detenido a físicos como Hawking que, ya que no teorías sólidas, se ha lanzado a especulaciones, un buen número de las cuales aparecen en su último libro, El Universo en una cáscara de nuez. A Hawking no le arredran las más delirantes fantasías; muy al contrario. Apenas hay en este libro discusión acerca de experimentos u observaciones, físicas o cosmológicas: a Hawking le interesan, sobre todo, especulaciones puramente intelectuales. Las teorías-M, las cuerdas y p-branas (que son algunos de los más abstrusos intentos de formular teorías de la gravedad consistentes con la mecánica cuántica), la generación espontánea de universos por fluctuaciones cuánticas a partir de la nada o la posibilidad de que nuestro cosmos sea un mero holograma de una dimensión superior es lo que le fascina, y con lo que consigue fascinar al lector.

Pero, ¿es esto ciencia? Más generalmente podemos preguntarnos: ¿qué es la ciencia y hasta qué punto especulaciones como las del libro de Hawking pueden considerarse como científicas? O, con más precisión, ¿cuándo una actividad humana puede calificarse de científica? A intentar responder esta pregunta de qué es la ciencia se han dirigido filósofos, filósofos de la ciencia y científicos; y, tal vez sorprendentemente, son (somos) los últimos los que más parcos han sido en sus definiciones.

Frente a pensadores como Reichenbach, Popper o Russell, que han llenado volúmenes sobre el tema, hace falta escarbar entre las obras de los grandes científicos para encontrar disquisiciones acerca del significado del objeto de su profesión. Entre estas mencionaré dos opiniones de Einstein. A propósito de Galileo afirma Einstein que, “las proposiciones que se obtienen por un proceso puramente lógico son vacías de contenido en lo que respecta a la realidad. Debido a que Galileo se dio cuenta de esto y, en particular, debido a que lo impuso en el mundo científico, debemos considerar a Galileo como el padre de la física moderna; y, de hecho, de toda la ciencia moderna.” (Citado en el libro de Sobel, Galileo"s Daughter). Otras veces expresó Einstein opiniones parecidas. Así, en el artículo publicado en Scientific American en abril de 1950, Einstein escribe: “El escéptico diría: ‘Puede muy bien ser cierto que este sistema de ecuaciones sea razonable desde el punto de vista lógico, pero esto no demuestra que corresponda a la naturaleza’. Tiene usted razón, querido escéptico. Sólamente el experimento puede decidir sobre la verdad.”

Astrofísica y cosmología
Según estas definiciones, y por volver al tema de este artículo,la astrofísica y la cosmología están pasando en la actualidad del nivel especulativo al científico porque los modernos telescopios son capaces de comprobar algunas de las consecuencias que se siguen de lo que, hasta hace poco, eran elucubraciones: big bang, radiación de fondo, etcétera. Pero esto no ocurre con las teorías como las que discute Hawking en el libro El Universo en una cáscara de nuez, que además son extraordinariamente abstrusas. Así por ejemplo, Hawking nos manifiesta que un agujero negro puede describirse como la intersección de dos membranas multidimensionales (conocidas como p-branas) y que esto puede resolver el problema de la pérdida de información que ocurre al caer materia dentro de un agujero negro.

En efecto, dice Hawking, “la información [que haya caído en un agujero negro] no se perderá, sino que acabaría por salir del agujero negro en la radiación [emitida por] las p-branas”. Es evidente que con el modelo de las “p-branas”, Hawking no está explicando nada de lo que ocurre en la realidad, dado que nadie ha observado un agujero negro (ni, mucho menos, su radiación emitida) y, además, dudo mucho que sea comprensible para quien no tenga estudios superiores en física de altas energías: e incluso ni siquiera para muchos de estos.

¿Quieren estos comentarios decir que un libro como el que estamos comentando sólo puede ser leído por científicos del ramo? Creo que no. En primer lugar, Hawking se ha rodeado de un equipo de diseñadores extraordinario; las figuras que ilustran El Universo en una cáscara de nuez son de gran calidad, y estoy tentado de decir que, aunque sólo fuese por ellas, valdría la pena comprar el libro. Pero además, es posible que -aquí y allá- el profano pueda, si no entender, al menos vislumbrar la riqueza de algunas de las especulaciones más imaginativas de la física actual de partículas y de la cosmología. Aunque estas especulaciones no pasen hoy por hoy ninguno de los criterios que permitan considerarlas ciencia, sí que constituyen una interesante aventura intelectual e incluso, en algunos momentos, una agradable diversión.

El que esto escribe confiesa que no cree en las teorías de cuerdas, p-brans y similares; y pienso que, si alguna vez pudiésemos experimentar con un agujero negro, encontraríamos que sus propiedades poco tienen que ver con lo que han imaginado personas como Hawking. Por ello, reconozco que la actitud de Hawking en su libro me resultó irritante en una primera lectura: la impresión recibida era la de un charlatán haciendo publicidad de cuestiones sin un mínimo fundamento empírico. Pero también reconozco que una segunda lectura me ha reconciliado con el texto. El truco para apreciarlo es considerar a El Universo en una cáscara de nuez no como un libro de ciencia, ni siquiera de divulgación científica, sino como una brillante fantasía: lo que podríamos llamar física-ficción.

“Una partícula que cae en un agujero negro puede ser considerada como un bucle cerrado de una cuerda que gopea una p-brana (Ilustración 1) y excita ondas en ella (Ilustración 2). Las ondas pueden confluir y desgajar una parte de la p-brana para formar una cuerda cerrada (Ilustración 3). ésta sería una partícula emitida por el agujero negro”. Pie de texto e ilustraciones extraídas de El universo en una cáscara de nuez (Crítica-Planeta), de Stephen Hawking]