O dia 14 de março marca seis anos da morte de Stephen Hawking.

Em seu site pessoal (agora substituído), Hawking se definiu como um "cosmólogo, viajante espacial e herói". Ele foi, de fato, os três.

Ele afirmou estar trabalhando nas leis básicas que regem o universo, e descreveu suas três principais descobertas.

Vamos resumi-los aqui. E abordaremos, com base nelas, quatro questões transcendentais às quais Hawking deu respostas: Onde nascem o tempo e o espaço? Onde morrem? O universo é finito? A humanidade tem futuro nisso?

Einstein como base

A obra de Hawking tem como ponto de partida a extraordinária teoria que temos sobre o cosmos: a Relatividade Geral de Albert Einstein.

Uma concepção revolucionária de tempo e espaço (de espaço-tempo), baseada no princípio da equivalência de forças. É o resultado, por sua vez, de um momento Eureka: uma queda livre imaginada por Einstein do alto do telhado de sua casa.


De sua lógica penetrante, baseada em princípios incrivelmente óbvios, surgiu uma única lei possível para o cosmos, dada por suas equações de campo relativísticas.


Que, para o nosso universo, segundo o princípio cosmológico, admitem apenas uma solução: a de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.


Resultado excepcional: uma única equação e solução possível para o universo!


Hawking partiu daí e foi capaz de ir além, com surpreendentes teoremas de singularidade (Hawking-Penrose) e resultados sobre a termodinâmica do espaço-tempo (Bekenstein-Hawking).


Com eles, pôde responder a perguntas eternas.


Onde nascem o tempo e o espaço?


Usando a teoria de Einstein, Hawking concluiu que nosso universo teve uma origem no passado, um começo. Essa foi sua primeira descoberta.


Os teoremas da singularidade de Hawking-Penrose afirmam que o espaço-tempo começou em uma singularidade: o Big Bang.


Isso é demonstrado voltando no tempo, usando as equações da teoria e as condições que ocorreram no universo primitivo (recriado, em parte, em grandes laboratórios, como o CERN).


Chega um momento em que o tempo e o espaço desaparecem: já não é possível voltar atrás. É daí que vem! É como procurar as fontes do Nilo, como fez Livingstone, o lugar exato onde nasce.

E onde eles acabam?

O espaço-tempo chega ao fim em cada um dos buracos negros que estão constantemente se formando no cosmos.

Estas são as outras singularidades que surgem a partir dos teoremas de Hawking-Penrose. Sumidouros onde o tempo e o espaço desaparecem para sempre.

Tais resultados levaram à necessidade de quantificar a gravidade, a fim de poder validá-los em escalas muito pequenas.

Só assim poderiam ser consideradas definitivas, e não meras aproximações clássicas da realidade. Em outras palavras, era preciso combinar a Relatividade Geral de Einstein e a Física Quântica: as duas grandes teorias do século 20.

Um primeiro passo nessa direção foi dado pelo próprio Hawking, com sua segunda grande descoberta: a radiação Hawking.

"Todo buraco negro de Schwarzschild, de massa M, emite radiação eletromagnética como se fosse um corpo negro perfeito à temperatura: T = ħc³/8πGMk."

Fórmula mágica, que combina as constantes fundamentais mais importantes da natureza: a de Planck (física quântica); a velocidade da luz, c (física relativística); o da gravitação universal, G (física newtoniana), o de Boltzmann, k (amica termodinâmica) e onúmero π (matemática).

Todas as principais teorias físicas reunidas em uma fórmula simples. Uma bela sinfonia universal!

Com isso, Hawking abriu novos caminhos ainda inexplorados. Um, rumo à quantização da gravidade. Outra é a nascente teoria da informação quântica e seus surpreendentes paradoxos cósmicos.

Nosso universo é finito?

Essa pergunta tem intrigado muitas gerações. Durante séculos acreditou-se que o universo era eterno, infinito no espaço e no tempo. Depois, mudou de ideia, várias vezes.

Até que Hawking e Hartle mostraram que, se o tempo fosse imaginário no início, então o universo não teria bordas e limites.

Seria finito, mas ilimitado, e não haveria singularidade inicial. A forma como se originou seria então determinada pelas leis da física.

Essa foi sua terceira descoberta, a conjectura de Hartle-Hawking sobre um universo autossustentável, de certa forma.


Hawking analisou os gravíssimos problemas que a humanidade enfrenta

A humanidade tem futuro no universo?
Já nos últimos anos de sua vida, Hawking analisou os gravíssimos problemas que enfrentamos.

Ele concluiu que eles podem se tornar letais para a humanidade se não os resolvermos nos próximos cem anos.

Hawking era otimista: previu que, até lá, teríamos estabelecido colônias autossustentáveis fora da Terra.

E os avanços na inteligência (humana e artificial) terão encontrado a solução para os múltiplos problemas que agora se escondem. Abrindo um novo horizonte, de séculos de esperança.

Seu último conselho aos jovens cientistas (que sempre foram seu público preferido) foi manter viva aquela sensação maravilhosa enquanto contemplam nosso vasto e complexo universo: "Não há nada comparável a experimentar um momento Eureka, a descobrir pela primeira vez algo que ninguém sabia".

Até que o universo desapareça, ou nós, humanos, desapareçamos, as descobertas extraordinárias que Stephen Hawking nos legou – como sua bela fórmula, agora gravada em sua lápide – gerarão novos conhecimentos.

Neste espaço-tempo singular em que hoje, seis anos depois de sua morte, o lembramos.

*Emilio Elizalde é professor pesquisador sênior de Física Teórica e Cosmologia no Instituto de Ciências Espaciais (ICE - CSIC). Este artigo foi publicado no The Conversation. Você pode ler a versão original aqui.