Ley de conservación del momento angular

En 1934 Jean Leray demostró que las ecuaciones de Navier–Stokes siempre tienen soluciones «en sentido generalizado». Si la solución sigue suave o puede romperse en una singularidad, no lo supo, y nadie lo supo en noventa años. En 2000 el Instituto Clay incluyó la pregunta entre sus siete problemas del Milenio.

El agua de un tanque gira a casi cuatro vueltas por segundo y, como por arte de magia, surge en ella una columna del tamaño de una mesa de comedor. El vórtice vive durante decenas de vueltas, aunque todo a su alrededor burbujea y tiembla. ¿De dónde sale tanta estabilidad? El secreto es que el vórtice no está aislado.

Un escultor mira un bloque de mármol y ve en él la figura que debe liberar del exceso. En lugar de añadir arcilla, quita todo lo que no pertenece a la forma. Por un camino similar han ido los autores de un nuevo trabajo sobre resonancia magnética: no han complicado el modelo del tejido añadiendo más y más detalles, sino que, al contrario, han eliminado lo superfluo para revelar la esencia.

Dos depósitos de tinta se encuentran a ambos lados de la unión celular. De ellos fluyen hacia la membrana dos tipos de monómeros que, al encontrarse, forman gotas viscosas de complejos. Las gotas apenas se mueven, mientras que los monómeros libres se desplazan rápidamente, como moléculas de perfume en una habitación.

Una piedra lanzada describe un arco, pero un planeta alrededor del Sol traza una curva cerrada. ¿Por qué precisamente una elipse y no un círculo o una espiral? La respuesta la da la primera ley de Kepler, pero su demostración habitual requiere cálculos complejos. Este trabajo propone un camino más corto, a través de una simple razón de velocidades.

Dentro del imán de un resonador magnético, la corriente circula por un anillo superconductor cerrado, como el agua que gira en círculos en un cubo: la haces girar y sigue sola.

Imagina una cuerda tensada entre dos clavijas. Una mínima caricia la hace vibrar, y por el tono del sonido se puede adivinar cómo se ha tocado. Una cuerda similar es la que han tensado los físicos de la Universidad de Arizona, pero no en un instrumento musical, sino sobre una membrana de silicio de cien nanómetros de grosor.

Un rayo láser se asemeja a un vorágine veloz que atrapa por un instante al electrón que pasa. Mientras la partícula atraviesa el pulso, su espín (una rotación intrínseca, como la de una diminuta peonza) sufre un leve empujón. Al salir del haz, la peonza ya no apunta en la misma dirección: se ha girado un poquito.

Un péndulo que pesa unas pocas arenas se balancea sobre un hilo de vidrio finísimo. Sus movimientos son tan débiles que los empujones térmicos de las moléculas de aire parecen un huracán. Pero precisamente ese péndulo es la clave para ver maravillas cuánticas en el mundo de los objetos grandes.

Un disco de gas y polvo gira alrededor de la joven estrella HV Tau C casi de canto. El telescopio James Webb ha analizado su espectro y ha detectado la emisión de hidrógeno molecular caliente (H₂). Esta revela un amplio viento bilateral que surge de las regiones internas y se extiende mucho más allá del disco.

Setenta y dos discos protoplanetarios — capullos giratorios de gas y polvo, repletos de polvo cósmico y gas — quedaron bajo la mira del instrumento MIRI a bordo del JWST.

Doscientos ochenta y nueve días: eso dura exactamente una rotación de la enana blanca WD 1532+129. No es solo un récord: en su superficie, en los polos magnéticos, aparecen cicatrices de hierro y otros metales, mudos testimonios de los planetas que ha devorado.

89 milisegundos. Eso dura la avalancha de vórtices que acelera bruscamente la rotación del púlsar Vela — uno de los púlsares más famosos por sus glitches. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran a gran velocidad, nacidas del colapso de supernovas.

Una diminuta esfera magnetizada flota en el vacío, sostenida por campos invisibles. Comienza a girar alrededor del eje del campo magnético, igual que una peonza a la que se le ha dado un ligero impulso. Esto es la precesión. Pero cuando la esfera se vuelve muy pequeña, entran en juego las leyes cuánticas.

Cada 165 días, el planeta gigante se sumerge hacia su estrella, casi rozando su corona de fuego, y luego vuela hacia el vacío helado. Este es TIC 241249530 b — un exoplaneta con una excentricidad récord de 0,94.

Un diminuto satélite, como un nadador, corta las capas invisibles de gas en la envoltura hinchada de una gigante roja. Cada vuelta de su órbita excita una estela acústica —ondas de compresión que viajan a través del plasma. Según la ley de la gravitación universal, el satélite atrae al gas, y el gas al satélite, creando esta estela.

En 1915, Альберт Эйнштейн y Wander Johannes de Haas demostraron que al magnetizar una barra de hierro, esta gira ligeramente: el momento angular de los electrones se transfiere a la red cristalina.

En un mundo donde los números de Reynolds son insignificantes, el agua se convierte en un jarabe viscoso y los métodos de natación que conocemos dejan de funcionar. Aquí reina el traicionero teorema del peine: los movimientos simétricos no generan avance. Los microorganismos encontraron una solución: desarrollan colas poliméricas.

Durante décadas, SETI ha perseguido esferas de Dyson — hipotéticas envolturas que capturan la luz de звезды y la reemiten en el infrarrojo. Pero el cosmos guarda silencio. Tal vez otra inteligencia actúa con más elegancia: no recolecta luz, sino que doma la rotación de светила, como un gigantesco volante de inercia.

Hace dos mil años, en la constelación de Eridanus, brillaba un faro resplandeciente que quedó registrado en los catálogos de los astrónomos antiguos. Hiparco, en el año 129 a.C., lo anotó como estrella de primera magnitud; Ptolomeo confirmó su brillo en el Almagesto, y el sabio persa al-Sufi, en 964, todavía la veía entre las más brillantes.

En el corazón del motor warp está la idea de Einstein de que los cuerpos masivos curvan el espacio-tiempo — el propio escenario donde ocurren todos los eventos cósmicos. Imagina una burbuja de ese espacio-tiempo curvado.

El vacío cósmico no es el vacío, sino un océano vivo: su energía se hincha y mengua al compás de la expansión. Como una marea lunar, la densidad del vacío responde con sensibilidad al ritmo de Hubble —la batuta del Universo—.

Un cristal de teluro se asemeja a una diminuta escalera de caracol: sus átomos están retorcidos en espiral. Cuando el calor corre a través de este cristal, no lo transportan los electrones, sino las ondas sonoras: las vibraciones de la propia red. Estas ondas no solo empujan hacia adelante y hacia atrás, sino que también giran alrededor de su eje, como una peonza lanzada.

El pesado núcleo atómico de californio-252 puede desintegrarse espontáneamente en dos fragmentos grandes, algo parecido a una gota de agua que revienta. Pero dentro de esa gota actúan las leyes cuánticas, y cada fragmento adquiere su propia rotación: el espín.

Un diminuto imán flota en una trampa magnética, como una aguja ingrávida. Su eje magnetizado es como la aguja obstinada de una brújula a la que no le permiten girar. Ante él se alza una pared invisible.

El azúcar se disolvió en el té y, de repente, con un solo movimiento, volvió a juntarse en la cuchara. En una cocina normal, esto no se ve: la viscosidad y el desorden lo impiden. Pero en el mundo de los movimientos ultralentos, donde la inercia desaparece, trucos así se vuelven realidad.

Una cuchara caliente en una taza de té: el calor corre por el metal desde el extremo caliente hasta el frío. En los libros de texto, este proceso se describe como el temblor de los átomos que se transmiten empujones entre sí. Pero los átomos no solo tiemblan: también giran, como pequeñas peonzas. Hasta ahora, los físicos no tenían un lenguaje común para describir ambos movimientos a la vez.

La luz no son solo rayos rectos, sino ondas electromagnéticas capaces de retorcerse en el espacio, como una pareja en un vals. A su giro total los físicos lo llaman momento angular orbital, y durante mucho tiempo se pensó que obedecía a la ley de conservación — un principio fundamental que se deriva de las simetrías de la naturaleza descubiertas por…

El agua en una manguera circular impulsada por una bomba no se detendrá incluso si se pinza un tramo: el flujo encontrará un camino alternativo y seguirá corriendo en círculo. Así están organizadas algunas partes de nuestro sistema circulatorio, no como tubos individuales, sino como bucles cerrados.

El púlsar de la Nebulosa del Cangrejo parpadea como un faro: cada 33 milisegundos emite un pulso de radio, y así, con la precisión de un reloj atómico. Pero a veces su rotación se desvía: la estrella de repente se acelera un poco, como si algo girara en su interior.

Una peonza normal, girada sobre una mesa, se frena de forma suave: la fricción con el aire y con el apoyo va consumiendo la energía poco a poco. Pero si la peonza flota en un campo magnético y apenas toca nada, su rotación puede comportarse de un modo sorprendentemente caprichoso.

El espacio-tiempo a distancias ultrapequeñas se asemeja a una pantalla digital: no es liso, sino que está compuesto por diminutos «píxeles».

Hace cien años, la mecánica cuántica regaló al mundo una imagen ordenada: la rotación de una partícula alrededor de un punto solo es posible con ciertas porciones de momento angular, números enteros multiplicados por la constante de Planck. Esta regla parecía tan inquebrantable como la ley de la gravedad y se deducía de simples consideraciones algebraicas.

Un recipiente fiable en lugar de un frágil tubo de ensayo: así podría describirse el paso de las trampas para radicales químicamente reactivos a la retención de moléculas estables. Hasta ahora, las trampas magnetoópticas solo funcionaban con partículas que tienden a reaccionar al primer choque.