cascada de energía

Una burbuja de hidrógeno en un electrodo de platino se comporta como un nadador que intenta salir a la superficie, pero cada vez que casi se desprende, algo lo agarra por los pies desde abajo.

La orquesta empieza a tocar, pero cada músico lleva su propio tempo. Si todos tocan más o menos a la misma velocidad, la música fluye como una corriente continua. Pero si un grupo de instrumentos toca notablemente más lento que el resto, el sonido se agrupa en una masa compacta que avanza lentamente.

Una bolita rueda por un canal. ¿Qué forma debe tener el canal para que la bajada tome el menor tiempo posible? Hace tres siglos, la respuesta era la cicloide, una curva parecida al arco de un puente invertido. Pero si sumergimos el canal en un líquido espeso, todo cambia: el líquido frena la bolita y el camino más rápido se vuelve otro.

Un coro en el que cada cantante entona perfectamente suena más fuerte de lo que se esperaría de la simple suma de voces. Cien personas no cantan cien veces más fuerte que una, sino diez mil veces más. En el mundo atómico ocurre algo similar. En lo que se conoce como comportamiento colectivo, descubierto por Robert H.

295 000 metros por segundo. A esa velocidad ni siquiera se mueven las partículas en las eyecciones coronales del Sol. Pero en el centro del cúmulo de galaxias H1821+643, el gas caliente se desplaza exactamente así. El cuásar en su corazón exhala, y su aliento agita todo a su alrededor en una distancia de 60 000 años luz.

Una corriente oceánica de cientos de kilómetros de ancho vive su propia vida, alimentándose de la energía de diminutos remolinos. En la atmósfera ocurre algo parecido: los pequeños torbellinos ceden su fuerza a enormes corrientes de aire. Este proceso, la cascada inversa de energía, se conoce desde hace tiempo.

Una piedra cae en un estanque y los círculos se expanden por igual en todas direcciones. Pero hay medios donde la onda parece saber hacia dónde girar: como agua que gira solo en el sentido de las agujas del reloj.

El agua común agua se congela como se espera. Pero a veces, la caliente se convierte en hielo más rápido que la fría: el efecto Mpemba. Recientemente, se encontró una violación similar de las reglas en el entrelazamiento cuántico, esa conexión invisible entre partículas descubierta por Erwin Schrödinger.

Una palmada comprime el aire y este se dispersa: el choque más simple. En el espacio, el papel de las palmas lo desempeñan las estrellas que explotan: sus ondas de choque comprimen bruscamente el gas y desencadenan una mezcla caótica: la turbulencia.

El impacto de un rayo parte el cielo en fracciones de segundo, dejando un rastro ramificado. En el mismo instante, en un diminuto cristal superconductor enfriado casi hasta el cero absoluto, una avalancha de campo magnético arrasa el material: finos dedos de magnetización lo atraviesan.

El misterio de la energía oscura es un abismo. La teoría cuántica de campos predice una densidad 10¹²⁰ veces mayor que la observada. En el paisaje de cuerdas, este abismo cobra forma: una miríada de vacíos con diferente energía, y nosotros anidamos en uno de ellos.

En una cacerola con sopa hirviendo, las corrientes turbulentas llevan el calor hacia las paredes y la sopa se enfría. En un tokamak — una enorme botella magnética para el plasma — ocurre lo mismo: los remolinos de turbulencia arrastran la energía hacia afuera, impidiendo encender la reacción de fusión.

Acaban de dejar de remover una olla de agua: los remolinos y torbellinos se van calmando poco a poco y el líquido se vuelve liso. Un proceso similar, pero en el mundo cuántico, ocurre en el helio superfluido o en una nube de átomos ultrafríos.

El agua hierve detrás de una piedra en el río, el aire se arremolina detrás del ala de un avión: parece que el movimiento es completamente caótico. Pero los autores del estudio encontraron en ese caos una receta de cocina estricta. Descompusieron la rotación del fluido (el momento angular) en dos partes independientes.

En el corazón del cúmulo de galaxias de Ofiuco flota una burbuja de plasma caliente del tamaño de varias galaxias. Asciende como un globo aerostático gigante en la atmósfera, y detrás deja una estela: una región donde el gas se pone en movimiento.

En el helio superfluido, un vórtice se parece a un tornado en una botella, pero en lugar de agua hay un líquido cuántico que fluye sin fricción. Ese vórtice no se disipa por sí solo, así que la pregunta de dónde va a parar su energía permaneció abierta durante mucho tiempo.

Los sistemas planetarios jóvenes se parecen a una orquesta que acaba de empezar a ensayar: todos los músicos intentan tocar al mismo ritmo.

En helio enfriado casi hasta el cero absoluto, el líquido deja de rozarse consigo mismo y fluye sin resistencia alguna.

Bajo la corteza helada de Encélado burbujea un océano que funciona como una bomba de calor ideal. Empuja el calor del ecuador hacia los polos, gastando mil veces menos energía de la que transporta: como un motor perpetuo incrustado en la luna. Todo el secreto está en la sal.

El viento en un túnel aerodinámico se acelera hasta velocidades enormes y se desata en un caos de vórtices. Para observar cómo muere ese caos en las escalas más pequeñas, los científicos tomaron un sensor más fino que un cabello humano y lo acercaron al flujo. Dentro del túnel se creaba una capa de cizalladura: el lugar donde el aire rápido roza con el lento, generando remolinos.

Sobre la superficie del Sol cuelgan largas cintas de gas brillante: los streamers. Se asemejan a arpas gigantes tensadas en la corona. Cuando una onda recorre una de estas cintas, esta tiembla y se curva, como una cuerda después de un pellizco.

El plasma caliente en un tokamak se parece a una bestia caprichosa: hay que contenerlo, pero sin dejar que se sobrecaliente. En el reactor ASDEX Upgrade han encontrado un modo en el que los vórtices del plasma resuelven este problema por sí solos.

Un río tranquilo que de pronto empieza a hervir en un tramo llano: así se ve el enigma que abordaron los autores del nuevo trabajo. Tomaron una fina capa de gas cargado con un campo magnético muy débil y siguieron en la computadora qué le sucede. Al principio todo fluye uniforme, como agua del grifo.

10 de octubre de 2024. El Sol lanzó hacia la Tierra una nube de plasma magnetizado, y cuatro naves espaciales situadas en un mismo punto entre el Sol y la Tierra registraron a la vez cómo bullía esa nube. La distancia entre las sondas extremas es de solo 80 radios terrestres, unos 500 000 kilómetros.

El helio líquido, enfriado casi hasta el cero absoluto, se comporta como dos fluidos a la vez: una parte viscosa ordinaria y una parte superfluida que fluye sin fricción. Cuando esa corriente choca con un cilindro, nacen vórtices detrás de él.

Una multitud en una estación de metro se mueve más lenta que los individuos: cada uno estorba al vecino. Algo parecido ocurre en una nube densa de átomos magnéticos que se transfieren energía entre sí. Antes se pensaba que la velocidad de transferencia dependía solo de las propiedades de los propios átomos.

Un cilindro romo volando a seis veces la velocidad del sonido no es el objeto más elegante, pero se ha convertido en el protagonista de un nuevo cálculo. La superficie de un vehículo así nunca es perfectamente lisa: al entrar en la atmósfera, el escudo térmico se quema y aparecen protuberancias y hendiduras.

Una placa delgada se coloca transversal al flujo de agua o aire. Detrás de ella nace una estela: una zona donde el flujo se enreda y se mezcla. Normalmente, esta estela se vuelve turbulenta cuando la velocidad del flujo es suficientemente alta, y la medida de esto es el número de Reynolds.

En un vaso de agua, los ultrasonidos crean burbujas diminutas. Estas crecen y se encogen, y a veces colapsan bruscamente, como una burbuja de jabón que estalla, pero miles de veces más rápido. Junto a estas burbujas flotan pequeñas partículas, por ejemplo, esferas de níquel del tamaño de una mota de polvo.

El sonido en una placa delgada se comporta como las ondas en el agua: avanza, se refleja en los bordes, cambia de forma. Pero el sonido tiene una rareza: es capaz de atravesar lugares donde la onda tiene prohibido existir. Es como si las ondas de un estanque desaparecieran de repente ante una barrera de piedra y reaparecieran al otro lado, sin rodearla.

El agua se enrolla formando un anillo, y ese anillo vuela a través del fluido sin deshacerse. Estos anillos de vórtice, desde el humo hasta las corrientes submarinas, siguen leyes difíciles de capturar en el papel. Normalmente, el flujo se divide en millones de celdas cúbicas y se sigue cada una de ellas.

El agua de un charco después de la lluvia no gira igual que la de un lago profundo. Una capa fina de líquido siente el fondo, y eso cambia el carácter de los remolinos. Los científicos crearon esa capa en el laboratorio: vertieron un electrolito, aplicaron una corriente y un campo magnético, y el líquido se puso en movimiento.

El helio superfluido helio fluye sin fricción, y en él nacen vórtices — embudos microscópicos, parecidos a los remolinos en el agua. Dos de estos vórtices pueden jugar a la pídola: uno salta sobre el otro, y brincan en círculo. Este juego fue predicho por Richard Feynman en la década de 1950.

Cinco cúbits superconductores en un chip: el escenario donde se representa la obra del caos cuántico. Cuatro cúbits forman el sistema; el quinto, el entorno que introduce disipación. Tras una breve evolución, el entorno se descarta y el sistema queda con un mapa cuántico abierto: un operador que transforma el estado del sistema.