espacio curvo

En una cadena montañosa hay senderos que se pueden contraer a un punto si se camina por un valle llano. Y hay rutas circulares que no se pueden encoger sin cruzar una cresta.

Cuando un fluido rodea un obstáculo, genera vórtices y ondas de choque. Describir su comportamiento significa resolver una ecuación no lineal en la que la velocidad del flujo depende de sí misma.

Una piedra lanzada vuela en arco y cae. Un planeta alrededor de una estrella es la misma piedra, solo que cae infinitamente, rodeando el astro en una curva cerrada. En el mundo de Newton, esa curva es una elipse perfecta, y el planeta regresa al mismo punto en cada vuelta. En la realidad, la órbita gira ligeramente: su punto más cercano a la estrella, el periastro, se desplaza.

En un universo bidimensional, un agujero negro se asemeja a un embudo en el espacio-tiempo. Pero los autores del nuevo trabajo han ido más lejos: han supuesto que el propio espacio donde "viven" los momentos de las partículas también está curvado, como una silla de montar.

Olvídese de la lámina plana: el tejido embrionario es un paisaje dinámico con colinas y pliegues. En las convexidades, las células se estiran; en las concavidades, se comprimen, como si ejecutaran una danza regida por leyes sorprendentemente similares a la curvatura del espacio-tiempo.

Dos rayos de luz se encuentran en un punto y continúan divergiendo. Sus trayectorias forman dos superficies que se cruzan en el espacio-tiempo: las hipersuperficies nulas (las fronteras a lo largo de las cuales se propaga la luz). Es precisamente sobre este par de superficies donde los físicos saben cómo imponer los datos iniciales para las ecuaciones de Einstein.

Dos nadadores sincronizados se lanzan al mar. Uno llega a una zona en calma, el otro a un remolino. Sus movimientos, perfectamente coordinados al inicio, divergen. Algo similar ocurre con dos partículas cuánticas cuando una se mueve en un espacio plano y la otra en uno curvado.

En el mundo cuántico hay una danza propia. Dos toroides superconductores, que sostienen cómodamente cada uno su flujo magnético cuantizado, giran en un vals sincronizado. Entre ellos, el vacío, ni una sola línea de fuerza, pero replican los movimientos del otro sin error.

Un traductor que traduce no palabras, sino la propia estructura de la conversación, se enfrenta a dificultades cuando el diálogo sale de una habitación silenciosa. En una simulación habitual sobre una retícula espacial, todo sigue un guion estricto.

En el océano, un remolino arrastra todo a un círculo cerrado; de igual manera, una onda gravitacional en el espacio vacío retuerce el tiempo en un bucle. La onda gravitacional es una ondulación en el tejido del cosmos, y su forma especial puede convertir el flujo normal de los acontecimientos en un ciclo cerrado.

En matemáticas existe un tamiz que no cierne polvo, sino el infinito mismo. Se llama Q-espacio: aquí cualquier conjunto resulta ser un conjunto Gδ — intersección contable de abiertos, como tamizado a través de una red de malla increíblemente fina.

Un constructor no comprueba la resistencia de un arco repasando mentalmente todas sus formas posibles, sino desplazándolo ligeramente en su imaginación y viendo cuánta fuerza se gasta en ello. Así funciona aproximadamente el principio del trabajo virtual en mecánica.

Echas un puñado de fósforo en silicio y, a cierta concentración de impurezas, el material de repente empieza a conducir la corriente. Esta es la transición de fase metal-aislante, y ocurre de manera abrupta. Pero, ¿qué cambia exactamente en las funciones de onda de los electrones cuando un aislante se convierte en metal?

El tiempo es caprichoso. Dentro de una estrella masiva fluye tranquilo, como la arena en un viejo reloj de chimenea. Afuera, a escala del universo entero, se estira junto con el espacio, como si ese mismo reloj hubiera caído en un ascensor que acelera y frena sin cesar.

Por lo general, un agujero de gusano se imagina como un túnel en el espacio cuyas paredes sostiene algo inusual: materia con energía negativa. Como los puntales en una mina que evitan que los techos se derrumben. Pero en este trabajo los físicos prescindieron de los puntales.

Imagina una biblioteca donde, en lugar de libros, hay todas las combinaciones concebibles de unas decenas de partículas cuánticas. El número de estas combinaciones crece como una bola de nieve: añade una partícula y el volumen se duplica. Para cincuenta partículas, hay más estantes que átomos en el universo visible.

Durante casi un siglo, los astrónomos han observado cómo las galaxias giran como si las sujetara una masa invisible. El primero en notarlo fue Fritz Zwicky, y Vera Rubin midió con precisión la velocidad de las estrellas en las afueras.

A mediados del siglo XX, Roger Penrose describió el agujero negro mediante el concepto de «superficie atrapada», una región donde incluso un rayo de luz dirigido hacia afuera cae inevitablemente hacia el centro. Una situación familiar para todos: el agua en el remolino del lavabo se va irremediablemente por el desagüe.

La luz solar incide sobre una oblea de silicio y en el circuito aparece una corriente. Es el funcionamiento habitual de una célula fotoeléctrica: la luz expulsa electrones y la unión p-n (la frontera entre dos capas con distinta conductividad) los obliga a moverse en una dirección.

La holografía es la idea de que todo lo que ocurre dentro de un volumen puede registrarse en su frontera, como una imagen en un holograma. En física, esto ayuda a conectar la gravedad con el mundo cuántico.

En un superconductor, los electrones se agrupan en pares, como bailarines que se toman de las manos. Normalmente, la distancia entre ellos —el tamaño del par— depende de la rapidez con la que se mueven y de la fuerza de su unión. Pero a veces la pista de baile casi desaparece y no hay lugar para moverse.

La luz, descubierta por Maxwell, se comporta de manera diferente en distintos medios. En un nuevo estudio se modeló un cristal bidimensional que absorbe luz y tiene propiedades magnéticas.

Según Einstein, el espacio-tiempo es un tejido flexible, curvado por la materia. Pero en el mundo cuántico todo es diferente: las partículas se difuminan en una nube de probabilidades, gobernadas por una regla estricta descubierta por Max Born.

Un rayo láser mantiene un ion individual en el vacío, y este ion se comporta como una canica encerrada entre dos hoyos. Los hoyos no son agujeros en el suelo, sino regiones donde al ion le resulta energéticamente favorable estar. En el mundo clásico, la canica rodaría hacia uno de los hoyos y se quedaría allí.

La ciencia se parece a una ciudad donde las calles las trazan los propios habitantes. Donde ya hay senderos pisoteados se construyen casas nuevas, mientras que los solares vírgenes pasan desapercibidos, no porque no se pueda construir allí, sino porque nadie se acerca a mirarlos.

Cada cúbit tiene su pequeño anillo que se desliza libremente sobre la rosquilla. Toda la lógica cuántica se reduce a movimientos suaves: desplazar, girar, unir. El entrelazamiento, por ejemplo, ocurre cuando dos rosquillas se pegan y los anillos comienzan a girar sincronizados, como patinadores en pareja.

Resulta que dos lenguajes completamente diferentes describen una misma realidad cuántica. En uno, una partícula pasea por la ciudad simultáneamente por todas las calles. Es el paseo cuántico, y está relacionado con la espectroscopía de esta red de caminos. En el otro, péndulos acoplados intercambiándose empujones.

Un agujero negro común es una trampa de la que nada escapa. Pero un agujero en rotación es diferente: en su centro no hay un punto, sino un anillo de materia infinitamente comprimida. El espacio aquí está curvado al límite, y los rayos de luz trazan bucles inimaginables.

Los sistemas abiertos intercambian energía con el entorno, como la cuerda de una guitarra que se desvanece en el aire. Los científicos construyeron un sistema así con luz, haciendo que los haces se retorcieran como un sacacorchos y formaran una red artificial: un laberinto donde se puede controlar las pérdidas a cada paso.

En 2019, el telescopio Event Horizon regaló a la humanidad la primera imagen de la sombra de un agujero negro. Desde entonces, los astrofísicos sueñan con algo más: ver cómo se mueve la materia en el mismo embudo del espacio-tiempo. Uno de los misterios es el caos.

Un electrón deslizándose sobre colinas y valles invisibles creados por la textura de espín: así se ve un nuevo capítulo en la física de la materia condensada. En materiales cuánticos con la dirección de los espines localizados variando suavemente (textura de espín), el electrón deja de ser simplemente una partícula que vuela a través de la red.