Stephen Hawking, o físico que rebobinou o universo e desnatou partículas impulsionadas das regiões quentes dos buracos negros, faz 76 anos hoje (8 de janeiro).
Além de ser um cosmologista de renome mundial, Hawking se tornou um ícone da cultura pop. Ele é uma figura impressionante: um gênio enrolado em um corpo amplamente imobilizado pela esclerose lateral amiotrófica, ou ELA. Ele é apoiado por uma cadeira de rodas avançada e se comunica com o mundo através de um sistema raro e especializado que converte os movimentos de um único músculo em sua bochecha em fala. Nesse modo, ele apareceu em "Jornada nas Estrelas: A Próxima Geração", "Os Simpsons" e "A Teoria do Big Bang".
Mas o legado mais duradouro de Hawking será o físico mais importante da segunda metade do século 20 - um pesquisador que pegou os trabalhos anteriores de figuras como Albert Einstein e Werner Heisenberg e os uniu em algo que se aproximava de uma explicação coerente para o comportamento de o cosmos.
"Existe uma singularidade em nosso passado"
Como nenhuma boa história de gênio começa com nada menos do que um estrondo, é apropriado que a primeira grande conquista de Hawking também tenha sido sua tese de doutorado na Universidade de Cambridge.
A tese de Hawking, aprovada em 1966, apresentou um argumento dramático: que todo o universo começou como um ponto único, infinitamente pequeno, denso e enrolado em si mesmo - um ponto no início de tudo. Ou, como ele escreveria mais tarde, sucintamente: "Existe uma singularidade em nosso passado".
Foi a primeira descrição do Big Bang, como é comumente entendida hoje em dia: um ponto infinitamente pequeno nos confins do tempo que irrompe em nosso cosmos moderno e sempre em expansão.
Como Hawking descreveu em sua palestra de 2005 "A Origem do Universo", sua tese chegou em um momento em que os cientistas viram que os vastos espaços vazios do espaço, os abismos entre galáxias, estavam se expandindo. Mas eles não tinham certeza do porquê. Alguns físicos propuseram versões mais fracas do conceito do Big Bang, menos a singularidade. Mas outra teoria, chamada Universo do Estado Estável, era dominante.
"À medida que as galáxias se separavam", disse Hawking sobre o Universo do Estado Estável, "a idéia era que novas galáxias se formariam a partir de matéria que deveria ser continuamente criada ao longo do espaço. O universo existiria para sempre e teria a mesma aparência em todas as vezes."
Em outras palavras, muitos cientistas pensaram que o universo estava se expandindo, mas de uma maneira que não lhe deu começo nem fim.
Como escreveu o biógrafo Kitty Ferguson em seu livro "Stephen Hawking: Uma mente sem restrições" (St. Martin's Griffin, 2012), Hawking lutou contra a depressão nos meses após o diagnóstico de ELA em 2163 aos 21 anos e teve a doença mental persistida. nunca chegou à sua tese. Mas sua depressão diminuiu quando ficou claro que ele estava superando as expectativas e quando recebeu uma exceção das regras de Cambridge que regiam os estudantes de graduação, permitindo que ele se casasse com sua primeira esposa, Jane Wilde, de acordo com Ferguson.
Durante esse período antes de chegar ao assunto de sua tese de doutorado, Hawking relatou sentir-se frustrado com a maneira como os pesquisadores se ocupavam com o trabalho que ele considerava trivial.
"As pessoas ficaram muito satisfeitas ao encontrar qualquer solução para as equações de campo; elas não perguntaram qual era o significado físico", disse ele mais tarde em sua palestra de aniversário de 2002.
Essa frustração o levou ao seu primeiro contato com notoriedade. Como Ferguson contou, Hawking viajou em junho de 1964 para ouvir uma palestra de Fred Hoyle, um famoso astrônomo e defensor da teoria do Universo do Estado Estável. Durante a palestra, Hawking ficou tão frustrado que se levantou, apoiado na bengala, para desafiar um dos resultados de Hoyle.
"Um espantado Hoyle perguntou a Hawking como ele poderia julgar se o resultado estava certo ou errado", escreveu Ferguson. "Hawking respondeu que tinha 'resolvido'."
A platéia ficou impressionada e Hoyle ficou "enfurecido" por esse estudante de graduação desconhecido que parecia ter destruído a pesquisa do professor em sua cabeça na palestra, escreveu Ferguson. (De fato, Hawking fez amizade com um dos alunos de Hoyle e começou a atacar a idéia muito antes da palestra.)
Logo depois, escreveu Ferguson, Hawking aprendeu sobre uma teoria cosmológica desenvolvida pelo matemático Roger Penrose: que singularidades, pontos de densidade infinita e curvatura do espaço-tempo teorizadas na relatividade geral, podem realmente aparecer quando estrelas suficientemente grandes colapsam sobre si mesmas.
"Hawking decolou de lá", escreveu Ferguson, "inverteu a direção do tempo e considerou o que aconteceria se um ponto de densidade inifinita e curvatura infinita do espaço-tempo - uma singularidade - explodisse para fora e se expandisse. Suponha que o universo comece como Suponha que o espaço-tempo, enrolado em um ponto minúsculo e sem dimensão, explodisse no que chamamos de Big Bang e se expandisse até que pareça o que é hoje. Devo aconteceu assim? "
Hawking começou a trabalhar, apoiando seu trem de especulação com cálculos robustos de apoio. Sua tese de doutorado, com base nesses cálculos, foi aprovada em 1966. Esses cálculos, juntamente com as pesquisas de acompanhamento realizadas em parceria com Penrose na década que se seguiu, formaram a base para a compreensão moderna dos cientistas do Big Bang.
Na mesma época, certas previsões importantes da teoria do Universo do Estado Estável começaram a falhar nos testes experimentais, consolidando o status de Hawking como descobridor da verdadeira história do universo primitivo.
Explosões de buraco negro?
Se a única conquista de Hawking em sua carreira fosse descobrir a forma histórica do universo, ele ainda seria um gigante - o tipo de pessoa mencionada ao lado de Rosalind Franklin, que descobriu a forma de dupla hélice do DNA, ou Nicolaus Copernicus, que primeiro propôs o modelo heliocêntrico do sistema solar. Mas essa foi apenas a primeira das duas realizações de Hawking.
A segunda, a radiação Hawking, requer um pouco de compreensão de duas coisas: buracos negros e a mecânica quântica do espaço vazio.
Primeiro, sobre buracos negros: um buraco negro é uma estrela que entrou em colapso e se tornou tão gravitacionalmente intensa que nem mesmo a luz pode escapar de uma região em torno de seu centro. Além desse ponto, chamado horizonte de eventos, o espaço-tempo é tão curvo que tudo o que fica atrás da mortalha se perde para sempre. Um buraco negro, de acordo com esse entendimento no início dos anos 70, nunca emite luz, nunca encolhe, nunca perde massa; só ganha massa e atrai mais espaço para seu território envolto.
Segundo, na mecânica quântica: na época da carreira de Hawking, os cientistas sabiam há muito tempo que o princípio da incerteza de Heisenberg implicava que o espaço vazio não era realmente vazio. Em vez disso, ele brilha com partículas "virtuais" - pares de matéria-antimatéria que aparecem juntos, se separam e depois se chocam e se aniquilam em um período de tempo curto demais para ser medido. (Os cientistas discutem até hoje se essas partículas virtuais realmente existem ou aparecem apenas em equações quânticas devido à sua natureza probabilística estranha).
No final do verão de 1973, Stephen e Jane Hawking assistiram a uma série de palestras em Varsóvia, na Polônia, comemorando o 500º aniversário de Copérnico, escreveu Ferguson. Lá, Hawking encontrou dois físicos soviéticos, Yakov Borisovich Zel'dovich e seu aluno Alexei Alexandrovich Starobinsky, que mostraram que a energia dos buracos negros em rotação criaria partículas fora dos horizontes de seus eventos. Essas partículas iriam se esvair para o espaço, disseram Zel'dovich e Starobinsky em sua palestra, minando parte da rotação do buraco negro à medida que avançavam. Zel'dovich e Starobinsky disseram que os buracos negros parariam de girar.
A ideia ficou na cabeça de Hawking, escreveu Ferguson, e ele voltou a Cambridge para repetir e refinar os cálculos de Zel'dovich e Starobinksy. Mas quando ele deu suas primeiras facadas em seus resultados, algo novo se desenrolou.
"Descobri, para minha surpresa e aborrecimento, que mesmo buracos negros sem rotação aparentemente deveriam criar e emitir partículas a uma velocidade constante", escreveu ele mais tarde em seu livro de 1988 "Uma Breve História do Tempo".
Aqui está o porquê, como ele explicou naquele livro:
Se os buracos negros existem no espaço e têm horizontes de eventos definidos, e se o espaço agita constantemente com "pares virtuais de partículas auto-aniquilantes", algumas vezes essas partículas devem surgir nas bordas dos horizontes de eventos dos buracos negros. desses pares de partículas deve aparecer perfeitamente posicionado com uma partícula de antimatéria de massa negativa separada em um lado do horizonte de eventos e a outra partícula de matéria de massa positiva separada no outro lado.
Hawking percebeu que essa circunstância estranha efetivamente "impulsionaria" as partículas de sua semiexistência virtual para a realidade plena, pois elas teriam separado o suficiente para não aniquilar. Isso significava que partículas de energia e massa pareceriam fluir da superfície dos horizontes de eventos dos buracos negros. E esse fluxo de energia, irradiando para fora do que os físicos acreditavam anteriormente serem corpos eternamente escuros, recebeu o nome de radiação Hawking, depois que ele a descreveu em um artigo de 1974 na Nature intitulado "Explosões de buracos negros?"
A radiação Hawking mudou profundamente a maneira como os físicos entendiam o universo. Antes da realização de Hawking, os cientistas acreditavam que qualquer matéria ou energia perdida para um buraco negro havia desaparecido do universo mais amplo para sempre, de modo que os horizontes de eventos dos buracos negros agissem como paredes de além das quais algumas das coisas do universo nunca retornariam.
Mas a descoberta de Hawking mostrou que os buracos negros decairiam cada vez mais rápido ao longo do tempo. Para cada partícula positiva que flui da superfície de um horizonte de eventos para o universo mais amplo, uma partícula negativa com energia e massa negativas voltaria ao espaço além do horizonte de eventos, reduzindo a massa total e a energia bloqueadas lá. Com o tempo, esse processo faria com que os buracos negros diminuíssem. E, à medida que diminuíam, eles se tornavam mais ativos com a radiação Hawking e diminuíam mais rapidamente.
Hawking previu que o universo deve conter "buracos negros primordiais" que surgiram não das estrelas em colapso, mas das pressões extremas do universo primitivo. Esses buracos negros, ele argumentou, teriam encolhido consideravelmente ao longo dos bilhões de anos intermediários e seus pequenos horizontes de eventos produziriam poderosos raios de radiação Hawking.
"Tais buracos dificilmente mereciam Preto: eles são realmente Branco quente, "ele escreveu em" Uma Breve História do Tempo ".
Eventualmente, decidiu Hawking, eles explodiriam.
Quando Hawking começou a compartilhar essa idéia, Ferguson escreveu em "Uma mente sem limites", que seus colegas a receberam como brilhante ou herética. Quando Penrose ouviu sussurros, ligou para Hawking no momento em que o físico estava sentado no jantar de aniversário de 1974 e o parabenizou por tanto tempo que o jantar esfriou. Porém, meses depois, o moderador do simpósio em que Hawking apresentou sua proposta levantou-se para declará-la "lixo total".
Hoje, é considerado um fato científico básico.
Além dos buracos negros
Nas quatro décadas e meia desde "Explosões de buracos negros?" Hawking continuou a publicar pesquisas que se destacam nos fundamentos do universo - incluindo idéias que atacam suas próprias contribuições anteriores. (Veja, por exemplo, a surpreendente manchete de 2014 na Nature, "Stephen Hawking: Não há buracos negros".)
Hawking tornou-se mais famoso em sua carreira posterior como comunicador científico. Ele acompanhou seu clássico de 1988 "Uma Breve História do Tempo", com mais 10 obras da ciência popular e um livro de memórias, intitulado "Minha Breve História" (Random House, 2013).
É impossível falar sobre as enormes contribuições de Hawking para a compreensão humana do universo sem reconhecer o contexto de sua saúde em declínio. As duas contribuições seminais de Hawking à física vieram durante o mesmo período em que ele se transformou de um jovem que era capaz de andar sozinho para um homem que estava confinado a uma cadeira de rodas, arrastou seu discurso e dependia de sua esposa para transcrever seus pensamentos. .
A ALS paralisa o corpo, mas - pelo menos no caso de Hawking - não prejudica a mente. E por isso, escreveu Ferguson, Hawking há muito se considera "extremamente sortudo".
"Era verdade em 1964, e é hoje", escreveu Ferguson, "que, no que diz respeito a Hawking, quanto menos seus problemas físicos forem causados, melhor. Eu reconheci em 1989, durante entrevistas para meu primeiro livro sobre ele, que, se eu escrevesse sobre seu trabalho científico e não mencionasse inteiramente que esse trabalho possivelmente representava mais uma conquista para ele do que para a maioria das pessoas, isso seria adequado para ele ".
Hawking parece mais à vontade para discutir a deficiência no contexto de seu ativismo, o que tem sido significativo. Em 1999, ele se juntou a um grupo de 12 figuras proeminentes, incluindo o ativista sul-africano Desmond Tutu, ao assinar uma carta pedindo aos governos do mundo que transformem seus relacionamentos com as populações com deficiência e expandam serviços que melhoram a vida das pessoas com deficiência.
Hawking também foi um defensor proeminente da assistência universal de saúde e do Serviço Nacional de Saúde do Reino Unido (NHS), chegando ao ponto de atacar o Secretário de Saúde do Partido Conservador Jeremy Hunt em um discurso de agosto de 2017 por insuficientemente financiar e apoiar o programa.
"Eu não estaria aqui sem o NHS", disse Hawking.
Hawking tende a receber mais atenção por suas idéias sobre o futuro da humanidade quando comenta sobre inteligência artificial ou alienígenas. Mas a maior parte de seus pronunciamentos sobre o assunto tem sido mais realista: opondo-se a guerras, preocupando-se com o fato de a demissão do presidente dos EUA, Donald Trump, das mudanças climáticas poder danificar o planeta e se unindo ao boicote acadêmico global a Israel.
A Live Science deseja a Hawking um feliz aniversário e muito mais.
