📰 Un premio Nobel que pudo haber sido

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¿La muerte engañó a Stephen Hawking de un premio Nobel?

Cuando el físico icónico murió el 14 de marzo de 2018, ya se disponía de datos que podrían confirmar una predicción ominosa y de gran alcance que había hecho más de cuatro décadas antes. El Dr. Hawking había postulado que los agujeros negros, esas fauces de la fatalidad gravitacional, solo podían crecer más, nunca más pequeñas, tragando información a medida que avanzaban y amenazando así nuestra capacidad de rastrear la historia del universo.

Esos datos se obtuvieron en 2015 cuando el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, o LIGO, registró señales de dos agujeros negros masivos que habían chocado y creado un agujero negro aún más masivo.

La predicción del Dr. Hawking fue un primer paso crucial en una serie de ideas sobre los agujeros negros que han transformado la física moderna. Lo que está en juego es si la gravedad de Einstein, que da forma al universo más grande, sigue las mismas reglas que la mecánica cuántica, las reglas paradójicas que prevalecen dentro del átomo.

Este verano se publicó una confirmación de la predicción del Dr. Hawking en Physical Review Letters. Un equipo dirigido por Maximiliano Isi, físico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, y sus colegas habían pasado años investigando los detalles de los resultados de LIGO, y en julio finalmente anunciaron que el Dr. Hawking tenía razón, al menos para este negro en particular. colisión de agujeros.

“Es una prueba emocionante porque es un resultado deseado desde hace mucho tiempo que no se puede lograr en un laboratorio en la Tierra”, dijo Matthew Giesler, investigador de la Universidad de Cornell y parte del equipo del Dr. Isi, en un correo electrónico. “Esta prueba requirió estudiar la fusión de dos agujeros negros a más de mil millones de años luz de distancia y simplemente no podría lograrse sin LIGO y sus detectores sin precedentes”.

Nadie afirma conocer la opinión del comité del Premio Nobel, y los nombres de las personas nominadas para el premio se mantendrán en secreto durante otros 50 años. Pero muchos científicos están de acuerdo en que la confirmación del Dr. Isi de la predicción del Dr. Hawking podría haber hecho que el Dr. Hawking, y sus coautores en un artículo definitivo al respecto, fueran elegibles para un Premio Nobel.

Pero el Premio Nobel no puede otorgarse póstumamente. El resultado del Dr. Isi llegó demasiado tarde.

La semana del Premio Nobel regresó el lunes, cuando algunos científicos esperan recibir una llamada telefónica para ungirlos como galardonados y convocarlos a una fastuosa ceremonia en Estocolmo el 10 de diciembre (este año, debido a la pandemia, los premios se entregarán en el países de origen de los ganadores).

El Dr. Hawking, posiblemente uno de los investigadores más celebrados y honrados, nunca ganó un Nobel y ahora nunca lo hará. Su historia es un recordatorio de cómo el premio al máximo prestigio está sujeto a la inconstancia del destino.

La historia comienza en 1970, cuando el Dr. Hawking se estaba preparando para ir a la cama una noche, una tarea ardua para un hombre que ya estaba medio paralizado por la esclerosis lateral amiotrófica o la enfermedad de Lou Gehrig.

Había estado pensando en los agujeros negros, objetos con una gravedad tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de ellos, según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Son ojos de buey al infinito.

Cada agujero negro está rodeado por un horizonte de sucesos, una burbuja invisible que marca el límite sin retorno; lo que sea que entre nunca saldrá. El Dr. Hawking se dio cuenta de que la teoría de Einstein también significaba que el horizonte de eventos de un agujero negro nunca podría disminuir. Un agujero negro solo gana masa, por lo que el área de superficie total de su horizonte de eventos solo crece.

Fue una idea atrevida. La naturaleza no tenía por qué funcionar de esa manera. ¿Qué pasaría si los agujeros negros pudieran dividirse en dos, o salpicar entre sí y desaparecer, como pompas de jabón?

La visión del Dr. Hawking se convirtió en la piedra angular de un artículo de 1973, “Las cuatro leyes de la mecánica de los agujeros negros”, que escribió con James Bardeen, ahora en la Universidad de Washington, y Brandon Carter, ahora en el Centro Nacional Francés de Investigación Científica.

Estas leyes también contenían una conclusión preocupante para la física llamada teorema de “sin pelo”. El área de superficie de un horizonte de eventos es una medida de toda la información que ingiere un agujero negro. A un agujero negro le da lo mismo si consume materia o antimateria, un Tesla o un Volkswagen, un avestruz o una ballena. Los agujeros negros tienen solo tres propiedades: masa, espín y carga eléctrica. No se registran otros detalles o “cabello”.

Este teorema significaba que a medida que un agujero negro envejecía y su horizonte de eventos se agrandaba, la cantidad de información perdida sobre lo que hay dentro también aumentaría. El universo se volvería cada vez más tonto, ocultando cada vez más detalles de su pasado, incluida quizás su existencia. El enigma se profundizó en 1974 cuando el Dr. Hawking calculó que los efectos cuánticos harían que un agujero negro se filtrara y explotara lentamente.

La búsqueda para comprender qué sucede con la información en un agujero negro ha transformado la física fundamental y ha energizado a una generación de jóvenes teóricos. Lo que está en juego es si la gravedad de Einstein, que gobierna el cosmos, y la mecánica cuántica, que gobierna el microcosmos, siguen las mismas reglas.

“Todo comenzó cuando Hawking se dio cuenta de que el área total del horizonte de los agujeros negros nunca puede bajar”, ​​dijo el Dr. Isi.

Pero sin agujeros negros con los que experimentar, las ideas del Dr. Hawking no pudieron probarse.

LIGO cambiaría eso. Esta fue la promesa que Kip Thorne, físico teórico del Instituto de Tecnología de California y uno de los fundadores de LIGO, le hizo al Dr. Hawking en 2003. La nueva matriz podría clasificar las propiedades de los agujeros negros para cuando el Dr. Hawking cumplió 70 años en 2012.

“Su regalo es que nuestros detectores de ondas gravitacionales – LIGO, GEO, Virgo y LISA – probarán sus predicciones de agujeros negros de la Edad Dorada, y comenzarán a hacerlo mucho antes de que cumpla 70 años”, recordó recientemente el Dr. Thorne que le dijo .

LIGO tardó más que eso, hasta el 14 de septiembre de 2015, en observar su primer evento histórico: dos agujeros negros en colisión. Al hacer coincidir los patrones de onda detectados con simulaciones por computadora, el equipo de LIGO concluyó que uno de los agujeros negros era 36 veces más masivo que nuestro sol y el otro 29 veces más masivo, lo que equivale a 65 soles en total. La colisión resultó en un nuevo agujero negro con una masa de aproximadamente 62 soles. Tres soles de energía habían desaparecido en las ondas gravitacionales que sacudían el universo.

La observación confirmó no solo la existencia de ondas gravitacionales, como Einstein había predicho 100 años antes, sino que proporcionó la primera evidencia directa de agujeros negros.

Una copia filtrada del documento de descubrimiento llegó al Dr. Hawking unos días antes del anuncio oficial de los hallazgos. Se sorprendió al no encontrar ninguna mención de las cuatro leyes de la mecánica de los agujeros negros, o de la posibilidad de que el descubrimiento pudiera ponerlas a prueba. Le habló por Skype al Dr. Thorne, autor del artículo.

“Steven está bastante sorprendido”, escribió el Dr. Thorne a sus colegas.

A nadie se le había ocurrido comprobar las leyes de la mecánica de los agujeros negros y era demasiado tarde para añadir algo al artículo. Además, como explicó recientemente el Dr. Thorne, los datos eran demasiado ruidosos para medir el tamaño del agujero negro recién formado lo suficientemente bien como para confirmar la teoría del Dr. Hawking.

En 2017, el Dr. Giesler, entonces estudiante de posgrado en Caltech, y sus colegas utilizaron simulaciones numéricas de los agujeros negros en colisión para observar más profundamente el remolino del fin del mundo.

Cuando se forma un agujero negro recién fusionado, vibra. Como un tambor, genera un tono fundamental, así como armónicos: sobretonos o subtonos. Los matices resultaron ser sorprendentemente fuertes al principio del proceso de fusión, descubrió el Dr. Giesler. Usando estos matices, en 2019, él y sus colegas demostraron el teorema de “sin pelo”, que establece que los agujeros negros pueden describirse con solo tres parámetros.

Este verano pudieron ampliar su análisis explotando un matiz del nuevo agujero negro para medir su tamaño. Llegaron a la conclusión de que el área del horizonte de sucesos del nuevo agujero negro había aumentado, como había predicho el Dr. Hawking hace tanto tiempo.

¿Habría ganado esto al Dr. Hawking el Premio Nobel si todavía estuviera vivo?

“No me siento cómodo especulando”, dijo el Dr. Thorne, quien en 2017 compartió el Premio Nobel de Física por su participación en el desarrollo de LIGO.

Andrew Strominger, de Harvard, colaborador del Dr. Hawking desde hace mucho tiempo, dijo: “No estoy al tanto de las deliberaciones del comité del Nobel, pero Hawking ya podría haber sido incluido en este premio si aún viviera. Ciertamente, estos experimentos más recientes harían que el caso fuera aún más sólido “.

Daniel Holz, un astrofísico de la Universidad de Chicago que es parte de la colaboración de LIGO pero no del equipo del Dr. Isi, calificó el resultado de “increíblemente genial”.

“Podría decirse que es una confirmación observacional de una de sus predicciones”, dijo. “Espero que el comité del Nobel se dé cuenta de esto”.

El premio de física siempre se ha inclinado hacia los descubrimientos prácticos y experimentales; incluso Einstein ganó el premio por explicar el efecto fotoeléctrico, no por la relatividad. Lo más lejos que ha llegado el comité del Nobel en astrofísica teórica últimamente fue en 2020, cuando Roger Penrose de la Universidad de Oxford recibió el premio por demostrar que los agujeros negros eran posibles en el universo.

Pero compartió el premio con dos astrónomos, Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, y Andrea Ghez, de la Universidad de California, Los Ángeles, quienes habían estudiado el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.

Incluso si el Dr. Hawking todavía estuviera vivo cuando se demostró su teorema del área del agujero negro, habría sido difícil encajarlo: se puede otorgar un Premio Nobel a tres personas como máximo. ¿Y qué hay del Dr. Bardeen y el Dr. Carter, coautores del Dr. Hawking? ¿Y el equipo del Dr. Isi?

El Dr. Hawking no sería el primer científico en morir demasiado pronto para un posible premio Nobel.

“Me han dicho que el comité del Nobel lamentó no haber otorgado un premio al Hubble”, escribió Michael Turner, un cosmólogo prominente que ahora trabaja para la Fundación Kavli en Los Ángeles, en un correo electrónico, refiriéndose al astrónomo Edwin Hubble, quien descubrió la expansión. del universo. “Pero él murió primero”.

Robert Brout, físico teórico de la Université Libre de Bruxelles, probablemente habría sido incluido en el Premio Nobel de 2013 por predecir la existencia del bosón de Higgs, junto con su colega François Englert y Peter Higgs de la Universidad de Edimburgo, si no lo hubiera hecho. murió en 2011.

Ronald Drever de la Universidad de Glasgow, uno de los fundadores de LIGO, bien podría haber compartido el Nobel de 2017 con el Dr. Thorne y Rainer Weiss del MIT si no hubiera muerto a principios de 2017. Su lugar lo ocupó Barry C.Barish de Caltech. .

El Dr. Hawking descansa junto a Isaac Newton y Charles Darwin en la Abadía de Westminster. Quizás eso sea mejor que pasar un invierno en Estocolmo.

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