Fred Hoyle

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Sir Fred Hoyle fue un astrónomo inglés que formuló la teoría de la nucleosíntesis estelar. También mantuvo posturas controvertidas sobre otros temas científicos, en particular su rechazo de la teoría del "Big Bang", término acuñado por él en la radio BBC, y su promoción de la panspermia como origen de la vida en la Tierra. También escribió novelas de ciencia ficción, cuentos y obras de radio, y coautorizó doce libros con su hijo, Geoffrey Hoyle. Pasó la mayor parte de su vida laboral en el Instituto de Astronomía de Cambridge y se desempeñó como su director durante seis años.

Vida temprana y carrera

Hoyle nació cerca de Bingley en Gilstead, West Riding of Yorkshire, Inglaterra. Su padre, Ben Hoyle, quien era violinista y trabajaba en el comercio de la lana en Bradford, sirvió como ametrallador en la Primera Guerra Mundial. Su madre, Mabel Pickard, había estudiado música en el Royal College of Music en Londres y posteriormente trabajó como pianista de cine. Hoyle estudió en la Bingley Grammar School y estudió matemáticas en Emmanuel College, Cambridge.

En 1936 ganó el Premio Mayhew conjuntamente con George Stanley Rushbrooke.

A finales de 1940, Hoyle dejó Cambridge para ir a Portsmouth a trabajar para el Almirantazgo en investigación de radar, por ejemplo diseñando un método para obtener la altitud de los aviones entrantes. También fue puesto a cargo de las contramedidascontra los cañones guiados por radar encontrados en el Graf Spee. El proyecto de radar británico empleó más personal que el Proyecto Manhattan, y probablemente fue la inspiración para el gran proyecto británico en The Black Cloud. Dos colegas clave en este trabajo de guerra fueron Hermann Bondi y Thomas Gold, y los tres tuvieron muchas y profundas discusiones sobre cosmología. El trabajo de radar financió un par de viajes a América del Norte, donde aprovechó la oportunidad de visitar astrónomos. En uno de sus viajes a EE.UU. aprendió sobre supernovas en Caltech y Mount Palomar y, en Canadá, sobre la física nuclear de la implosión y explosión de plutonio, notó similitud entre ambas y comenzó a pensar en la nucleosíntesis de supernova. Tuvo la intuición en ese momento de que "me haré un nombre si esto funciona". Eventualmente en 1954 salió su artículo presciente y revolucionario. También formó un grupo en Cambridge explorando la nucleosíntesis estelar en estrellas ordinarias y estaba preocupado por la escasez de producción de carbono estelar en los modelos existentes. Notó que uno de los procesos existentes sería mil millones de veces más productivo si el núcleo de carbono-12 tuviera una resonancia a 7,7 MeV, pero los físicos nucleares no listaban tal cosa. En otro viaje visitó el grupo de física nuclear en Caltech, pasando algunos meses de sabático allí y los persuadió en contra de su considerable escepticismo para buscar y encontrar el estado Hoyle en carbono-12, del cual se desarrolló una teoría completa de nucleosíntesis estelar, coautorizada por Hoyle con algunos miembros del grupo de Caltech.

Después de la guerra, en 1945, Hoyle regresó a Cambridge University, comenzando como profesor en St John's College, Cambridge. Los años de Cambridge de Hoyle, 1945–1973, lo vieron ascender a la cima de la teoría de la astrofísica mundial, sobre la base de una originalidad asombrosa de ideas que cubren un rango muy amplio de temas. En 1958, Hoyle fue nombrado al ilustre cargo de Profesor Pluimian de Astronomía y Filosofía Experimental en Cambridge University. En 1967, se convirtió en el director fundador del Instituto de Astronomía Teórica posteriormente rebautizado como Instituto de Astronomía, Cambridge, donde el liderazgo innovador de Hoyle rápidamente llevó a esta institución a convertirse en uno de los grupos principales del mundo para astrofísica teórica. En 1971 fue invitado a dar la Conferencia Memorial MacMillan a la Institution of Engineers and Shipbuilders en Escocia. Eligió el tema "Instrumentos Astronómicos y su Construcción". Hoyle fue nombrado caballero en 1972. Hoyle renunció a su posición de profesor Pluimian en 1972 y su dirección del instituto en 1973, este movimiento efectivamente lo cortó de la mayoría de su base de poder establecida, conexiones y salario estable.

Después de dejar Cambridge, Hoyle escribió muchos libros de ciencia popular y ciencia ficción, además de presentar conferencias alrededor del mundo. Parte de la motivación para esto fue simplemente proporcionar un medio de apoyo. Hoyle seguía siendo miembro del comité de política conjunta desde 1967, durante la etapa de planificación del Telescopio Anglo-Australiano de 150 pulgadas en el Observatorio Siding Spring en Nueva Gales del Sur. Se convirtió en presidente de la junta del Telescopio Anglo-Australiano en 1973, y presidió su inauguración en 1974 por Charles, Prince of Wales. Después de su renuncia a Cambridge, Hoyle se trasladó al Lake District y pasó su tiempo con una mezcla de caminatas por los páramos, escritura de libros, visitas a centros de investigación alrededor del mundo, y trabajar en ideas científicas que han sido casi universalmente rechazadas. El 24 de noviembre de 1997, mientras caminaba por páramos en el oeste de Yorkshire, cerca de su hogar de la infancia en Gilstead, Hoyle cayó en una profunda barranca llamada Shipley Glen. Aproximadamente doce horas después, Hoyle fue encontrado por un perro de búsqueda. Fue hospitalizado durante dos meses con neumonía y problemas renales ambos resultantes de hipotermia, además de un hombro roto por la caída. Después de eso sufrió un marcado declive, padeciendo problemas de memoria y agilidad mental. En 2001, sufrió una serie de accidentes cerebrovasculares y murió en Bournemouth el 20 de agosto de ese año.

Origen de la nucleosíntesis

Hoyle fue autor de los primeros dos artículos de investigación jamás publicados sobre la síntesis de elementos químicos más pesados que el helio mediante reacciones nucleares en estrellas. El primero de estos en 1946 mostró que los núcleos de las estrellas evolucionarán a temperaturas de miles de millones de grados, mucho más calientes que las temperaturas consideradas para el origen termonuclear del poder estelar en estrellas de la secuencia principal. Hoyle demostró que a tales temperaturas altas el elemento hierro puede volverse mucho más abundante que otros elementos pesados debido al equilibrio térmico entre partículas nucleares, explicando la alta abundancia natural de hierro. Esta idea luego sería llamada el Proceso e. La segunda publicación fundamental de nucleosíntesis de Hoyle mostró que los elementos entre carbono e hierro no pueden ser sintetizados por tales procesos de equilibrio. Atribuyó esos elementos a reacciones específicas de fusión nuclear entre constituyentes abundantes en capas concéntricas de estrellas masivas evolucionadas, previas a supernova. Esta imagen sorprendentemente moderna es el paradigma aceptado hoy para la nucleosíntesis de supernova de estos elementos primarios. A mediados de los años 50, Hoyle se convirtió en líder de un grupo de físicos experimentales y teóricos muy talentosos que se reunieron en Cambridge: William Alfred Fowler, Margaret Burbidge, y Geoffrey Burbidge. Este grupo sistematizó ideas básicas de cómo todos los elementos químicos en nuestro universo fueron creados, siendo ahora un campo llamado nucleosíntesis. Famosamente, en 1957, este grupo produjo el artículo B2FH conocido por las iniciales de los cuatro autores en el cual el campo de la nucleosíntesis fue organizado en procesos nucleares complementarios. También agregaron mucho material nuevo sobre la síntesis de elementos pesados por reacciones de captura de neutrones, el llamado proceso s y proceso r. El artículo B2FH se volvió tan influyente que durante el resto del siglo veinte se convirtió en la cita predeterminada de casi todos los investigadores deseando citar un origen aceptado para la teoría de nucleosíntesis, y como resultado el artículo B2FH de Hoyle de 1954 cayó en la oscuridad. La investigación histórica en el siglo 21 ha devuelto el artículo de Hoyle de 1954 a la prominencia científica. Esos argumentos históricos fueron presentados por primera vez a una reunión de expertos en nucleosíntesis asistiendo una conferencia de 2007 en Caltech organizada después de las muertes tanto de Fowler como de Hoyle para celebrar el 50 aniversario de la publicación de B2FH. Irónicamente el artículo B2FH no revisó la atribución de Hoyle de 1954 de las capas de supernova del origen de elementos entre silicio e hierro a pesar de la coautoría de Hoyle de B2FH. Basado en sus muchas discusiones personales con Hoyle, Donald D. Clayton ha atribuido esta aparentemente inexplicable omisión en B2FH a la falta de corrección de pruebas por Hoyle del borrador compuesto en Caltech en 1956 por G.R. Burbidge y E.M. Burbidge.

El segundo de los artículos de nucleosíntesis de Hoyle también introdujo un uso interesante del principio antrópico, que entonces no era conocido por ese nombre. Al intentar averiguar las rutas de la nucleosíntesis estelar, Hoyle calculó que una reacción nuclear particular, el proceso triple-alfa, que genera carbono del helio, requeriría que el núcleo de carbono tuviera una energía de resonancia y espín muy específicos para que funcionara. La gran cantidad de carbono en el universo, lo que hace posible que formas de vida basadas en carbono de cualquier tipo existan, demostró a Hoyle que esta reacción nuclear debe funcionar. Basado en esta noción, Hoyle por lo tanto predijo los valores de la energía, el espín nuclear y la paridad del estado compuesto en el núcleo de carbono formado por tres partículas alfa núcleos de helio, lo cual fue posteriormente confirmado por el experimento.

Este nivel de energía, aunque se necesitaba para producir carbono en grandes cantidades, era estadísticamente muy poco probable que cayera donde lo hace en el esquema de niveles de energía del carbono. Hoyle escribió más tarde:

¿No te dirías a ti mismo, "Algún intelecto supercalculador debe haber diseñado las propiedades del átomo de carbono, de lo contrario la posibilidad de encontrar tal átomo a través de las fuerzas ciegas de la naturaleza sería absolutamente minúscula. Una interpretación de sentido común de los hechos sugiere que una superinteligencia ha manipulado la física, así como la química y la biología, y que no hay fuerzas ciegas dignas de mención en la naturaleza. Los números que calculo a partir de los hechos me parecen tan abrumadores que ponen esta conclusión casi más allá de la duda".

Su colega William Alfred Fowler finalmente ganó el Premio Nobel de Física en 1983 con Subrahmanyan Chandrasekhar, pero por alguna razón la contribución original de Hoyle fue pasada por alto por los electores, y muchos se sorprendieron de que un astrónomo tan notable se quedara sin él. Fowler mismo en un bosquejo autobiográfico afirmó los esfuerzos pioneros de Hoyle:

Una placa azul en la Bingley Grammar School conmemEl concepto de nucleosíntesis en estrellas fue establecido primero por Hoyle en 1946. Esto proporcionó una forma de explicar la existencia de elementos más pesados que el helio en el universo, básicamente mostrando que elementos críticos como el carbono podrían ser generados en estrellas e incorporados en otras estrellas y planetas cuando esa estrella "muere". Las nuevas estrellas formadas ahora comienzan con estos elementos más pesados y elementos aún más pesados se forman a partir de ellos. Hoyle teorizó que otros elementos más raros podrían ser explicados por supernovas, las explosiones gigantes que ocasionalmente ocurren a lo largo del universo, cuyas temperaturas y presiones sería requeridas para crear tales elementos.orándolo

Rechazo del Big Bang

Sin tener ningún argumento con la teoría de Lemaître posteriormente confirmada por las observaciones de Edwin Hubble de que el universo se estaba expandiendo, Hoyle no estaba de acuerdo con su interpretación. Encontró la idea de que el universo tuviera un comienzo como pseudociencia, asemejándose a argumentos para un creador, "porque es un proceso irracional, y no puede ser descrito en términos científicos" ver argumento cosmológico de Kalam. En su lugar, Hoyle, junto con Thomas Gold y Hermann Bondi con quienes había trabajado en radar en la Segunda Guerra Mundial, en 1948 comenzaron a argumentar por el universo como estando en un estado "estacionario" y formularon su teoría del Estado Estacionario. La teoría intentó explicar cómo el universo podría ser eterno y esencialmente inmutable mientras aún tenía las galaxias que observamos alejándose una de la otra. La teoría se basaba en la creación de materia entre galaxias a lo largo del tiempo, de modo que aunque las galaxias se separen más, nuevas que se desarrollen entre ellas llenen el espacio que dejan. El universo resultante está en un "estado estacionario" de la misma manera que un río que fluye, las moléculas individuales de agua se mueven pero el río general permanece igual.

La teoría fue una alternativa al Big Bang que, como el Big Bang, estuvo de acuerdo con observaciones clave del día, a saber, las observaciones de desplazamiento al rojo de Hubble, y Hoyle fue un crítico fuerte del Big Bang. Acuñó el término "Big Bang" en la transmisión de la BBC Third Programme el 28 de marzo de 1949. Fue popularmente reportado por George Gamov y sus oponentes que Hoyle tenía la intención de ser peyorativo, y el guión del cual leyó en voz alta fue interpretado por sus oponentes como "vanidoso, unilateral, insultante, no digno de la BBC". Hoyle explícitamente negó que estuviera siendo insultante y dijo que era solo una imagen llamativa destinada a enfatizar la diferencia entre las dos teorías para la audiencia de radio. En otra entrevista de la BBC dijo "La razón por la cual a los científicos les gusta el "big bang" es porque están eclipsados por el Libro del Génesis. Está profundamente dentro de la psique de la mayoría de los científicos creer en la primera página del Génesis".

Hoyle tuvo un argumento famosamente acalorado con Martin Ryle del Cavendish Radio Astronomy Group sobre la teoría del estado estacionario de Hoyle, lo que de alguna manera restringió la colaboración entre el Cavendish