Saiba mais sobre um dos pilares da ciência nesta breve publicação do blogue.
Qual foi a história de Stephen Hawking?
Stephen Hawking é um físico teórico britânico de renome mundial, conhecido pelos seus contributos para os domínios da cosmologia, relatividade geral e gravidade quântica, em particular no contexto dos buracos negros. Nas décadas de 1960 e 1970, trabalhou em teoremas inovadores sobre singularidades na relatividade geral e fez a previsão teórica de que os buracos negros deveriam emitir radiação (atualmente conhecida como radiação Hawking). Publicou também vários livros científicos populares nos quais discute as suas próprias teorias e a cosmologia em geral, incluindo o best-seller “Uma Breve História do Tempo”, e é considerado uma das maiores mentes da física desde Albert Einstein. Nas suas próprias palavras: “O meu objetivo é simples. É compreender completamente o universo, porque é que ele é como é e porque é que existe.”
Stephen William Hawking nasceu a 8 de janeiro de 1942 em Oxford, Inglaterra, em plena Segunda Guerra Mundial. Após o seu nascimento na relativa segurança de Oxford, a família regressou a Londres, onde o pai dirigiu a divisão de parasitologia do Instituto Nacional de Investigação Médica, apesar do risco constante de bombardeamento pela força aérea alemã. Em 1950, Hawking mudou-se com a família para St. Albans, onde frequentou a St. Albans High School for Girls de 1950 a 1953 (os rapazes podiam frequentar até aos 10 anos) e, a partir dos 11 anos, frequentou a St. Albans School, onde foi um bom aluno, embora não excecional.
Em 1959 ganhou uma bolsa de estudo para o University College, Oxford, o antigo colégio do seu pai, onde estudou física sob a orientação de Robert Berman (principalmente porque a sua preferência, a matemática, não era oferecida nesse colégio) e onde se interessou particularmente pela termodinâmica, relatividade e mecânica quântica. Apesar dos seus hábitos de estudo por vezes pouco rigorosos e do seu aborrecimento com a vida universitária, licenciou-se em 1962 com um diploma de primeira classe.
Depois de se licenciar, passou um curto período de tempo a estudar as manchas solares no Observatório da Universidade de Oxford. No entanto, cedo se apercebeu que estava mais interessado na teoria do que na observação, e deixou Oxford para ir para Trinity Hall, em Cambridge, onde estudou durante algum tempo com Fred Hoyle, o astrónomo inglês mais distinto da época.
Pouco depois de chegar a Cambridge, aos 21 anos, Hawking começou a desenvolver os primeiros sintomas de esclerose lateral amiotrófica (ELA ou “doença de Lou Gehrig”), um tipo de doença do neurónio motor que acabaria por lhe causar a perda de quase todo o controlo neuromuscular. Apesar de os médicos terem previsto (erradamente) que Hawking não sobreviveria mais do que dois ou três anos, foi perdendo gradualmente o uso dos braços, pernas e voz, até ficar quase completamente paralisado e tetraplégico.
Em 1965, assistiu a uma conferência do matemático inglês Roger Penrose, que acabara de publicar um artigo revolucionário sobre as singularidades do espaço-tempo (fenómenos em que as leis da física parecem não funcionar). Hawking recuperou a sua energia e dedicou-se com renovado vigor ao estudo da astronomia teórica e da cosmologia, em particular no domínio dos buracos negros e das singularidades. Mais tarde, viria a colaborar com Penrose em vários trabalhos importantes sobre estes temas.
Outro ponto de viragem na sua vida ocorreu também em 1965, com o seu casamento com uma estudante de línguas, Jane Wilde. Com a ajuda dela e do seu orientador de doutoramento, Dennis Sciama, Hawking completou o seu doutoramento e tornou-se investigador e depois professor no Gonville and Caius College, em Cambridge.
Em 1968, juntou-se à equipa do Instituto de Astronomia de Cambridge, onde permaneceu até 1973, e começou a aplicar as leis da termodinâmica aos buracos negros usando matemática altamente complexa. No final dos anos 60, ele e o seu amigo e colega de Cambridge Roger Penrose aplicaram um novo modelo matemático complexo que tinham criado com base na teoria geral da relatividade de Albert Einstein, o que levou Hawking a provar o primeiro de muitos teoremas da singularidade em 1970. Este teorema forneceu um conjunto de condições suficientes para a existência de uma singularidade no espaço-tempo e também implicou que o espaço e o tempo teriam efetivamente tido um início num acontecimento do tipo Big Bang e terminariam em buracos negros. De facto, inverteu a ideia de Penrose de que a criação de um buraco negro levaria necessariamente a uma singularidade, provando que foi uma singularidade que levou à criação do próprio universo.
Em colaboração com Brandon Carter, Werner Israel e David Robinson, forneceu uma prova matemática do “teorema sem cabelo” de John Wheeler, segundo o qual qualquer buraco negro é inteiramente descrito pelas três propriedades de massa, momento angular e carga eléctrica, e propôs as quatro leis da mecânica dos buracos negros, semelhantes às quatro leis clássicas da termodinâmica. Com base na análise das emissões de raios gama, sugeriu também que os buracos negros primordiais ou “mini-buracos negros” se teriam formado após o Big Bang.
Em 1974, Hawking e Jacob Bekenstein demonstraram que os buracos negros não são de facto completamente negros, mas que têm de criar e emitir termicamente partículas subatómicas, hoje conhecidas como radiação Hawking, até esgotarem a sua energia e se evaporarem. Isto também deu origem ao chamado “paradoxo da informação” ou “paradoxo de Hawking”, segundo o qual a informação física (que significa, grosso modo, a identidade e as propriedades distintas das partículas) parece estar completamente perdida no universo, em contradição com as leis da física aceites. Hawking defendeu este paradoxo contra os argumentos de Leonard Susskind e outros durante trinta anos, até que se retratou em 2004.
Estas realizações de vanguarda foram conseguidas apesar da crescente paralisia causada pela ELA de Hawking. Em 1974, não conseguia alimentar-se sozinho nem levantar-se da cama, e a sua fala era tão fraca que só podia ser compreendida por pessoas que o conheciam bem. Em 1985, contraiu uma pneumonia e teve de ser submetido a uma traqueotomia, o que o deixou completamente incapaz de falar, embora vários amigos e benfeitores tenham colaborado no fabrico de um aparelho que lhe permitia escrever num computador através de pequenos movimentos do corpo, e depois pronunciar o que tinha escrito através de um sintetizador de voz.
Em 1973, trocou o Instituto de Astronomia pelo Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica e, em 1979, foi nomeado Lucasian Professor of Mathematics na Universidade de Cambridge, cargo que ocupou durante 30 anos até à sua reforma em 2009. Teve três filhos com Jane Wilde: Robert (1967), Lucy (1969) e Timothy (1979), mas o casal acabou por se separar em 1991, aparentemente devido à pressão da celebridade de Hawking e à sua crescente incapacidade.
A investigação inovadora de Hawking trouxe-lhe considerável fama e celebridade. Em 1974, com 32 anos de idade, foi eleito um dos mais jovens membros da Royal Society. Foi nomeado Comandante da Ordem do Império Britânico (CBE) em 1982 e Companheiro de Honra em 1989. Acumulou doze graus honorários, bem como numerosos outros prémios, medalhas e galardões, incluindo o Prémio Albert Einstein, o mais prestigiado da física teórica. Tornou-se também conhecido de um público mais vasto, em especial após o seu livro de 1988, “Uma Breve História do Tempo”, um êxito de vendas internacional, e as suas sequelas “O Universo em Resumo” (2001) e “Uma História Mais Breve do Tempo” (2005).
Continuou a sua investigação sobre a explosão dos buracos negros, a teoria das cordas e o nascimento de buracos negros na nossa própria galáxia. O seu trabalho salientou também a necessidade de unificar a relatividade geral e a teoria quântica numa teoria abrangente da gravidade quântica, conhecida como a “teoria de tudo”, especialmente se quisermos explicar o que realmente aconteceu no momento do Big Bang. Já em 1974, a sua teoria da emissão de radiação Hawking por buracos negros foi talvez um dos primeiros exemplos de uma teoria que sintetiza, pelo menos em certa medida, a mecânica quântica e a relatividade geral.
A miríade de outras investigações científicas de Hawking ao longo dos anos inclui o estudo da cosmologia quântica, a inflação cósmica, a produção de hélio em universos Big Bang anisotrópicos, a cosmologia “Big N”, a matriz de densidade do universo, a topologia e a estrutura do universo, os universos-bebé, os instantões de Yang-Mills e a matriz S, espaço anti-de Sitter, emaranhamento quântico e entropia, a natureza do espaço e do tempo e a seta do tempo, espuma do espaço-tempo, teoria das cordas, supergravidade, gravidade quântica euclidiana, o Hamiltoniano gravitacional, teorias da gravitação de Brans-Dicke e Hoyle-Narlikar, radiação gravitacional, holografia, simetria temporal e buracos de minhoca.
Sempre com receio de suscitar controvérsia, começou mesmo a questionar a própria teoria do Big Bang na década de 1980, sugerindo que talvez nunca tivesse havido um início e que não haveria fim, mas apenas mudanças, uma transição constante de um “universo” para outro através de obstáculos no espaço-tempo. Desenvolveu a sua “proposta sem limites” em colaboração com o físico americano Jim Hartle. No quadro da relatividade geral clássica, o universo deve ser infinitamente antigo ou ter começado com uma singularidade, mas a proposta de Hawking e Hartle levanta uma terceira possibilidade: o universo é finito mas não teve uma singularidade inicial que produzisse um limite. A história deste universo sem limites no “tempo imaginário” pode talvez ser melhor considerada usando a analogia da superfície da Terra, com o Big Bang equivalente ao Pólo Norte da Terra, e o tamanho do universo a aumentar com o tempo imaginário à medida que nos deslocamos para sul do equador.
Em 1995, Hawking casou-se com a sua enfermeira, Elaine Mason, embora se tenham divorciado em 2006, no meio de rumores não confirmados de abusos físicos, e desde então reconciliou-se com a sua primeira mulher, Jane. Em 2003, Hawking adoeceu perigosamente com uma pneumonia, antes de voltar a surpreender os médicos, recuperando e dedicando-se cada vez mais ao seu trabalho.
Em 2004, inverteu radicalmente uma das suas afirmações controversas sobre os buracos negros (destroem tudo o que cai neles e nenhuma informação pode ser recuperada de um buraco negro), afirmando que novas descobertas poderiam ajudar a resolver o “paradoxo da informação dos buracos negros”. Na sua nova definição de buracos negros, o horizonte de eventos não é tão bem delineado e pode não esconder completamente do exterior tudo o que se encontra no seu interior, e adoptou o conceito de multiverso para ajudar a explicar a conservação da informação nos buracos negros.
As opiniões de Hawking sobre a existência de Deus têm sido objeto de grande debate, em especial desde a publicação, em 1988, de Uma Breve História do Tempo, em que acredita que a descoberta de uma teoria global de tudo nos permitiria “conhecer a mente de Deus”, o que alguns interpretaram como literal e outros como literário. No entanto, no seu livro de 2010, The Grand Design, afirma inequivocamente que “a criação espontânea é a razão pela qual existe algo em vez de nada, pela qual o universo existe, pela qual nós existimos. Não é preciso invocar Deus… para pôr o universo em movimento.”
Hawking deixou o seu cargo de Professor Lucasiano de Matemática em Cambridge em 2009, de acordo com a política de reforma da universidade, e aceitou uma Cátedra de Investigação Distinta no Perimeter Institute for Theoretical Physics em Waterloo, Canadá. No mesmo ano, foi-lhe atribuída a Medalha Presidencial da Liberdade, a mais alta condecoração civil dos Estados Unidos.
Stephen Hawking morreu aos 76 anos, a 13 de março de 2018.
Saiba mais sobre ele no nosso próximo artigo: Quem foi Edwin Hubble?