Agujeros negros, el concepto acuñado en 1969 por el científico norteamericano John Wheeler, fue objeto de estudio permanente para Hawking. En un estudio conocido en 2014, Hawking expresó:
"La ausencia de horizontes de sucesos implica que no existen agujeros negros, en el sentido de sistemas de los que la luz no puede escapar". Se denomina "horizonte de sucesos" al límite más allá del cual se supone que nada puede regresar. Lo difícil de este tema, es que estas zonas demarcadas en el espacio donde existe tanta gravedad y masa concentrada impiden el paso de la luz. Por eso mismo, es difícil detectarlos.
"¿Cómo podríamos esperar que se detectase un agujero negro, si por su propia definición no emite ninguna luz? Podría parecer algo similar a buscar un gato negro en un sótano lleno de carbón", escribió Stephen Hawking en Breve historia del tiempo.
Sin embargo, Cygnus X-1, la fuente brillante de rayos X situada en la constelación del Cisne sirvió para comprobar la existencia de los agujeros negros. El hecho de que los agujeros negros ejerzan una fuerza gravitatoria sobre objetos cercanos, abrió la posibilidad de que se pudieran buscar estrellas que parezcan girar en torno a una estrella invisible. Cygnus X-1 fue la prueba.
Hawking, al enterarse, dijo: "Se trata de una especie de poliza de seguros para mí. He realizado una gran cantidad de trabajos sobre agujeros negros y estaría todo perdido si resultara que los agujeros negros no existen. Pero en ese caso, tendría el consuelo de ganar la apuesta, que me proporcionaría recibir la revista Private Eye durante cuatro años. Si los agujeros negros existen, Kip (físico teórico estadounidense) obtendrá una suscripción a la revista Penthouse para un año. Cuando hicimos la apuesta, en 1975, teníamos una certeza de un 80% de que Cygnus era un agujero negro. Ahora, diría que la certeza es de un 95% así que la apuesta tiene que dirimirse". En Breve historia del tiempo, Hawking escribió: "Hay tantas evidencias observacionales en favor de los agujeros negros que he dado por perdida la apuesta".
Hawking defendía que cualquier cosa que atravesase el horizonte de sucesos de un agujero negro se destruía para siempre. La energía que se perdía a través de la llamada radiación de Hawking era "nueva" y, por lo tanto, no procedía del interior del agujero negro. Sin embargo, contradecía el principio de microcausalidad de la Mecánica Cuántica, que indicaba que la información no se podía destruir en ningún caso. John Preskill fue quien sostuvo que la información podía recuperarse. Ante este debate, Hawking y Preskill apostaron una enciclopedia que escogería aquel que ganase. En 2004, se dio a conocer el ganador cuando Preskill escribió La guerra de los agujeros negros. Hawking anunció que daba por perdida la apuesta, y que pensaba que los horizontes de los agujeros negros podían fluctuar y perder información. Por este motivo, le regaló a Preskill un ejemplar de La Enciclopedia Definitiva del Béisbol.
Hawking apostó 100 dólares con el físico Gordon Kane a que el bosón de Higgs no existía. En 2012, se halló del bosón de Higgs, la partícula que da a toda la materia su masa. Ante este descubrimiento, Hawking admitió su error y pidió el Nobel de Física para Peter Higgs, que llegó al año siguiente.
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