Ciência, Mundo Estranho

As 6 maiores contribuições de Stephen Hawking à ciência

O físico britânico inovou a cosmologia com suas ideias ousadas sobre o espaço e ajudou a entender a história do Universo

Por Victor Bianchin
Atualizado em 22 fev 2024, 10h06 - Publicado em 14 mar 2018, 15h44

Hoje, dia 14 de março de 2018, morreu aos 76 anos o físico e cosmólogo britânico Stephen Hawking, um dos maiores cientistas da história. Hawking era portador de esclerose lateral amiotrófica e morreu devido a complicações de sua doença. Ele havia sido diagnosticado em 1963, quando tinha 21 anos, e na época foi-lhe dito que viveria por apenas mais dois anos.

Hawking se formou em física em 1962 na University College, em Oxford, e se tornou um dos cientistas mais conhecidos da área de cosmologia. Ao longo de sua carreira, ganhou prêmios como a Medalha Albert Einstein, a Ordem do Império Britânico e a Medalha Copley da Royal Society. Publicou diversos artigos e também livros de ciência para o público geral, como o aclamado O Universo Numa Casca de Noz, que vendeu mais de 9 milhões de cópias. Casou duas vezes e teve três filhos.

Veja abaixo seis das maiores contribuições de Hawking à ciência.

1) Determinou que o Universo começou como uma singularidade

O que a ciência já sabe sobre buracos negros? — – (Samuel Leme/Mundo Estranho)

Em 1970, Hawking publicou um estudo junto ao colega Roger Penrose propondo que, a partir da Teoria Geral da Relatividade elaborada por Einstein, o Universo precisava ter começado como uma singularidade. Ou seja, precisava ter começado como um pequeno ponto de infinita densidade.

Hoje, essa hipótese é largamente aceita, mas, na época, o assunto ainda gerava muitas dúvidas. Einstein havia proposto que um corpo com massa muito grande poderia colapsar devido à sua própria gravidade, criando um buraco negro (termo cunhado depois). Essa massa colapsaria até diminuir a um ponto minúsculo de altíssima densidade – uma singularidade. Hawking basicamente estava propondo que o Big Bang era como o colapso de um buraco negro em reverso.

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2) Ele aplicou a segunda lei da termodinâmica aos buracos negros

Hawking determinou que a área total da superfície de um buraco negro jamais ficará menor – ela só aumentará ou ficará igual. Essa regra é análoga à segunda lei da termodinâmica, que determina que a entropia de um sistema fechado só aumenta, nunca diminui.

3) Criou a hipótese de que buracos negros podem se extinguir

A proposta do item anterior foi desbancada pelo próprio Hawking quando ele descobriu que, devido a efeitos quânticos, buracos negros criam e emitem partículas. Com isso, eles perdem massa e energia, o que significa que, se não ganharem massa devido a outro meio, eles acabarão diminuindo progressivamente até deixarem de existir. Mas é claro que esse seria um processo extremamente lento: para um buraco negro com a mesma massa do Sol evaporar, seria preciso mais tempo do que a atual idade do Universo.

Esse efeito é chamado de “radiação de Hawking”, ou então de “radiação de Bekenstein-Hawking” quando se leva em conta que Hawking trabalhou em cima de uma teoria proposta pelo cientista israelense Jacob Bekenstein. É talvez a maior contribuição de Hawking para a ciência.

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4) Teorizou como o Universo se expandiu e as galáxias se formaram

Uma das maiores contribuições de Einstein com sua Teoria Geral da Relatividade foi a ideia de que o Universo teve um começo (embora esse termo seja polêmico, como veremos no próximo item), o que permitiu que outros cientistas formalizassem o conceito de Big Bang. Hawking pensou a respeito do que veio depois do Big Bang, ou seja, sobre o momento em que o Universo começou a se expandir.

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Trabalhando em cima de uma proposta apresentada por Alan Guth em 1980, Hawking propôs que o Universo se expandiu da mesma forma como bolhas se formam – várias delas surgem quase ao mesmo tempo, mas a maioria estoura imediatamente, ou se expande pouco antes de estourar. Com o Universo, seria a mesma coisa – algumas partes dele teriam colapsado assim que surgiram, quando ainda eram microscópicas, e outras teriam colapsado durante a expansão. Outras partes, no entanto, permaneceram crescendo até ficarem estáveis.

Essa passagem de tempo, chamada pelo cientista de “período inflacionário”, foi quando variações de intensidade nas micro-ondas geradas pelo Big Bang, causadas por flutuações quânticas, geraram irregularidades na criação do Universo. Essas irregularidades significam que, conforme o Universo se expandia, algumas áreas ficaram mais densas que outras e, eventualmente, colapsaram (como as bolhas) por causa da atração gravitacional, gerando as galáxias e estrelas.

5) Pensou no que havia antes do Big Bang

O Estado de Hartle-Hawking é uma proposta feita em 1983 por Hawking e por Jim Hartle, da Universidade de Chicago. Ela é bem complicada de explicar tecnicamente, mas, numa simplificação extrema, ela tenta argumentar sobre o que havia “antes” do Big Bang.

Segundo Hawking, se fosse possível viajar no tempo até o início do Universo, seria possível chegar a um ponto em que o tempo ainda não existia. Isso porque no ponto de altíssima densidade onde tudo começou, chamado singularidade, as leis da física ainda não se aplicavam. Portanto, a ideia de “tempo” não existia. Para nós, é difícil entender essa ausência de tempo, já que ele faz parte das nossas vidas e nós estamos acostumados a entender o Universo como algo que está envelhecendo. Nós nos acostumamos a pensar o Big Bang como um começo. Mas, para Hawking, já existia algo antes dele acontecer.

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A rigor, o que quer que tenha acontecido “antes” do Big Bang não pode ser medido (conforme já dito, porque as leis da física não existiam). Por isso, a ideia de um “começo” não se aplica para o Universo. Ele sempre esteve lá.

Essa ideia de que o Universo não tem princípio é o que se costuma chamar de “proposta sem fronteiras”, pois ele não tem um começo nem no tempo e nem no espaço. Ela é uma hipótese sobre como o Universo começou – existem outras, claro – e, embora não possa ser provada ainda, é uma das mais proeminentes sobre o assunto.

6) Ele propôs uma teoria para tudo

Em 2006, Hawking e Thomas Hertog, integrante do Cern (o laboratório que construiu o maior acelerador de partículas do planeta, o LHC) publicaram um estudo com uma hipótese bem maluca, porém, segundo eles, possível de ser provada. Os dois disseram que o Universo teve vários começos paralelos. A maioria deles se desfez sem criar um efeito notável, mas alguns se mesclaram e formaram o Universo que conhecemos hoje.

Essa hipótese se baseia na física quântica. Para entender, imagine uma partícula de luz viajando de uma lâmpada até seu olho. Você imagina que a partícula viajou em linha reta até chegar à sua retina, certo? Mas, para estudar a partícula corretamente, a física quântica precisa prever todas as formas sobre como a partícula pode atingir seu destino, inclusive a hipótese de ela ter rebatido nas paredes antes de chegar ao seu olho.

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Admitir essas possibilidades é a única forma de explicar as propriedades estranhas das partículas quânticas, como sua aparente habilidade de estar em dois lugares ao mesmo tempo. No entanto, o grande X da questão é que apenas um desses comportamentos possíveis se torna dominante, subjugando os outros.

É isso que teria acontecido com o Universo: dentro de alguns poucos segundos após o Big Bang, uma das hipóteses já se tornou dominante, originando o cosmos como o conhecemos hoje. Mas, nos primeiros momentos do Big Bang, havia diversas hipóteses possíveis ocorrendo ao mesmo tempo, como se fossem várias faixas de uma pista de corrida.

Hertog e Hawking argumentam que essa hipótese pode ser provada observando as micro-ondas radioativas que existem no cosmos e que servem meio como um registro do Big Bang. Para os dois cientistas, sua teoria prevê os padrões existentes nessas micro-ondas, padrões esses que seriam registros congelados dessa mistura quântica inicial.

Essa proposta combina com a teoria das cordas, que propõe a existência de múltiplos Universos diferentes do nosso. O problema da teoria das cordas é que ela não explica por que nós vivemos no nosso especificamente. Para Hertog e Hawking, há um fator desconhecido, uma espécie de critério, que explica por que nosso Universo é do jeito que é e funciona do jeito que funciona. Foi esse fator que fez com que nosso Universo fosse o “escolhido” entre os múltiplos existentes e é esse fator que determina o modo como a natureza funciona, provavelmente. Isso é o mais próximo que a ciência já conseguiu chegar de uma “teoria de tudo”, ou seja, uma teoria que junte relatividade geral e física quântica em algo que se aplique a todas as coisas.