Radiación Hawking 1

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La Radiación de Hawking es «fácil de explicar». No se necesitan muchas dotes imaginativas como con otros conceptos físicos.

Debido a las fluctuaciones cuánticas del «vacío» del Universo, se genera un par de partículas opuestas (creación de pares de partículas). Estas partículas primero se separan, pero al tratarse de antipartículas, como imanes, terminan volviendo a juntarse o colisionar. Si una de estas partículas queda atrapada en un campo gravitatorio, como el de un agujero negro, la otra no es atraída y no vuelve al origen. Sale al espacio. Es radiada.

Pero para entenderlo bien, y sobre todo el significado de este fenómeno y sus consecuencias, hay que entender el momento histórico en el que se teorizó.

Segunda mitad del siglo XX. Los científicos están de resaca del esfuerzo de crear la bomba atómica y se encuentran en plena guerra por llevar al hombre a la Luna. Los aceleradores de partículas están empezando a perfilar el modelo estándar mientras se empieza a intentar desentrañar las consecuencias de la Física Cuántica. Mucho trabajo para los físicos teóricos mientras los experimentales se afanan en diseñar nuevos experimentos.

Pero, ¿por qué no utilizar el mayor laboratorio natural? El Universo es un acelerador de partículas gigantesco y muchas otras cosas. Aunque claro está… No es posible meterlo dentro de unos paneles de detección de colisiones.

Pero tiene otras ventajas. Podemos observar fenómenos gigantescos con la protección de años luz de distancia. Como agujeros negros, colisiones de planetas, soles en diferentes estados, etc. Muchos de ellos altamente radiactivos o simplemente masivos para la vida humana. No podemos predecirlos ni controlarlos, pero esta observación supone una fuente de datos enorme. Y de su estudio han salido gran cantidad de teorías y experimentos de confirmación como la Física Relativista o las ondas gravitacionales.

Pero en esa época existía un gran problema (y sigue existiendo pero en diferente medida). Encajar la gravedad intrínseca en la Relatividad General y los fenómenos cuánticos observados en el espacio no parece posible. Muchos de los fenómenos observados eran y son completamente inexplicables mediante ecuaciones. Incluso difíciles de imaginar.

Muchos científicos miraban a las estrellas e intentaban cálculos y teorías. Ninguno parecía tener éxito. O al menos ninguno conseguía la aceptación de la comunidad científica.

Pero como siempre, al final llega alguien capaz de aportar luz para dar el siguiente pasó en el entendimiento de la Naturaleza. Aunque desafíe todas las convenciones. Y que termina logrando el cambio de mentalidad.

En este caso le tocó el turno a Stephen Hawking. Hombre peculiar en todos los aspectos. Una mente científicamente brillante en un cuerpo icono de las enfermedades raras del mundo moderno. Un hombre tenaz que supo persistir donde otros desistieron. Capaz de visualizar complejos cálculos matemáticos y a la vez exprésalos en un tono divulgativo para que todos los públicos pudieran acercarse a la ciencia (ej.). De lograr el consenso en 1974.

El gran logro de Hawking es formular la primera ecuación que contiene parámetros de la Física Relativista y de la Física Cuántica. ¡No es una unificación! Pero es el primer escenario donde las fronteras de ambos «mundos» físicos se tocan de forma coherente y CUANTIFICABLE. Por lo que era una teoría solida, matemáticamente coherente, y que confirmaba aspectos de los agujeros negros como la frontera Bekenstein teorizada dos años antes.

¡Todo un hito!

Un hito que valdría un premio Nobel. Pero la Radiación Hawking nunca será premiada pues para que una teoría lo sea tiene que cumplir dos requisitos esenciales. Debe ser comprobada experimentalmente. Y en este caso, las partículas radiadas por los agujeros negros tienen una vida media muy baja que impide su detección a distancia. Existen algunos intentos de reproducir esta radiación generando eventos que simulen agujeros negros en laboratorio como los llamados agujeros negros sónicos. Pero el control del experimento no es optimo con las técnicas actuales. El otro requisito es que el o los autores deben estar vivos para recoger el premio.

Así pues, la radiación Hawking está compuesta por la Constantes de Planck y la Fuerza de la Gravedad. Cuántica y Relatividad.

Para unificarlo Hawking supuso que el agujero negro debería comportarse como un cuerpo negro, dependiente de la temperatura y de la superficie. Por lo tanto, si se define la superficie del agujero negro como la frontera del horizonte de sucesos, que es el límite donde la gravedad se debilita y deja de atraer todas las partículas al centro del agujero, se puede establecer la correlación. Y de esta forma se mezclan dos teorías junto con la masa del agujero negro (M) y la constante de Boltzmann (k).

Ecuación de la Radiación Hawking
Ecuación de la Radiación Hawking

Si tenemos en cuenta que la creación de pares de partículas por las fluctuaciones cuánticas y el principio de incertidumbre necesita de una energía inicial que en este caso tomaría del agujero negro. Y que al no colapsarse las partículas, al emitir o radiar, la energía no se devuelve. Se puede concluir que el agujero negro pierde energía en este proceso. Se evapora. Y llegaría a extinguirse.

Pero la perdida por cada par de partículas es ínfima comparado con la energía (masa) inicial. Por lo que si detectar el evento en el horizonte de sucesos es casi imposible, observar la evaporación implica un espacio temporal inabarcable. (El tiempo de evaporación de Sagitario A sería de 1,5×10155 años)

Por otro lado, de la ecuación inversamente proporcional a la masa se puede deducir que un agujero negro poco masivo se evaporará más rápidamente que uno más masivo. Por lo que si se lograra crear una agujero negro pequeñito en un laboratorio, debería de evaporarse bastante rápido. Otra suposición que se puede plantear con esta relación, es que si encontráramos un agujero negro creado hace miles de millones de años (agujero negro primordial), ahora sería un agujero negro «chiquitito» y con una tasa de Radiación Hawking medible. Pero nuestros sistemas espaciales no han sido capaces de encontrar un agujero negro con esas características.

La Radiación Hawking es por tanto una pieza clave en la cosmología y en primer ladrillo en la unificación de la Física. Pero como en su momento el bosón de Higgs, es un fenómeno totalmente «demostrado» por su relación e influencia con otras teorías y experimentos, pero «indemostrable empíricamente» con la tecnología actual. Lo que da pie a la especulación.

En la actualidad hemos aprendido a mirar el Universo como un laboratorio y conocemos mucho más de el. Podemos definir incluso las cadenas radiactivas de las partículas emitidas por esta Radiación Hawking. Queda mucho por teorizar y mucho más por demostrar. Pero sin duda el salto cualitativo de la rama de la cosmología fue la coherencia y cohesión que suponía esta ecuación. Algo parecido a F=mg o E=mc2, aunque más complejo.



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