formación de patrones topológicos

Una capa celular se parece a una multitud de personas alineadas una detrás de otra. Si en la multitud hay obstáculos, por ejemplo dos postes, la gente tiene que rodearlos y en el flujo se forman remolinos.

Una mancha solar — una isla oscura en la superficie ardiente — vive su propia vida turbulenta. Debajo de ella, en profundidades invisibles, flotan gigantescas lazadas magnéticas, como cuerdas retorcidas. Cuando una de estas lazadas emerge a la superficie, puede descargarse en una erupción y lanzar nubes de partículas cargadas al espacio.

La cadena proteica se pliega en una herramienta funcional en fracciones de segundo, y casi nunca se equivoca. Durante mucho tiempo se pensó que la evolución pulía específicamente las secuencias de aminoácidos para que la proteína no solo funcionara, sino que también encontrara fácilmente su forma única. Un nuevo trabajo da la vuelta a esta idea.

Una piedra cae en aguas tranquilas y, sobre la superficie, se extienden anillos perfectos. Si la piedra no solo cae, sino que además gira, aparecen pequeños remolinos: vórtices. La luz sabe hacer lo mismo, solo que en lugar de agua, el medio es el propio espacio-tiempo.

Una linterna común emite luz cuyas ondas oscilan en todas las direcciones a la vez. Pero si se hace pasar la luz por un filtro especial, se obtiene un haz que oscila estrictamente en un solo plano: eso es la luz polarizada. Cuando este haz atraviesa un tejido biológico, la estructura interna de este modifica ligeramente la orientación de las oscilaciones.

Una ciudad de noche: en algunas ventanas la luz está encendida, en otras está oscuro. Si se unen con líneas las ventanas que se iluminan al mismo tiempo, se obtiene una red de conexiones. Los investigadores estudiaron esa red en diminutos organoides cerebrales: agrupaciones vivas de células nerviosas cultivadas en laboratorio.

Después del Big Bang, según la cosmología inflacionaria, el Universo experimentó una rápida expansión y una serie de transiciones de fase.

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.

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.

En el microcosmos, el ruido —las fluctuaciones aleatorias— suele destruir los frágiles estados cuánticos, igual que las ondas en el agua rompen el reflejo en un charco. Sin embargo, en algunos sistemas, el ruido colectivo y coordinado de muchas partículas produce el efecto contrario: surge un flujo unidireccional estable.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

Ochocientos participantes —empresas y trabajadores— entran al mercado. Cada uno tiene en mente una lista rígida de preferencias. El objetivo: emparejarse de modo que a nadie le apetezca rehacerlo todo.

Dos pasajeros entraron en un vagón vacío de la línea circular y ocuparon asientos libres. Al completar el círculo, descubrieron con sorpresa que estaban cada uno en el asiento del otro, aunque nadie se había movido.

El dibujo helado en el cristal de la ventana no se extiende de manera uniforme: brota en ramas, conquista nuevas zonas, a veces dejando huecos atrás. Este crecimiento no es una expansión suave, sino una serie de tirones. Esta imagen resuena de forma asombrosa con el modelo matemático ideado por Charles Loewner hace un siglo.

Un globo no se desinfla todo a la vez: primero aparecen abolladuras que corren, se fusionan y, al final, el globo se arruga hasta convertirse en un punto. Algo parecido ocurre con las paredes de dominio: delgadas fronteras que dividían el espacio en los primeros instantes después del Big Bang.

El agua de un río de montaña no fluye de manera uniforme: hierve, gira en remolinos, acelera de repente. Ese movimiento desordenado se llama turbulencia. Pero incluso en ella hay ritmos ocultos: ráfagas raras y fuertes que, por un breve instante, cambian todo el panorama del flujo.

El funambulista camina sobre el abismo. Mientras mantiene el equilibrio y no hace movimientos bruscos, está a salvo. Pero basta con desviarse demasiado para que la caída sea inevitable. Así funciona la vida en todos los niveles: desde las proteínas dentro de la célula hasta ecosistemas enteros.

Una multitud en una plaza de la ciudad se comporta de manera diferente según si las personas se toman de las manos. Si cada uno solo roza ligeramente el codo del vecino, la gente se dispersa fácilmente en todas direcciones: la multitud se expande como una alfombra uniforme.

Una burbuja de aire se desprende de una aguja fina en el fondo de un vaso y asciende. En agua limpia se comporta como un muelle: se aplana y se estira alternativamente, intercambiando energía entre el movimiento y la forma. Basta añadir una gota de jabón al agua para que la burbuja se calme de inmediato, se vuelva casi perfectamente esférica y suba recta, sin temblores.

Cada concha es un diario de crecimiento en piedra. El molusco no la construye según un plano, como un arquitecto, sino que simplemente añade material por el borde, siguiendo siempre la misma regla. Es como si un caracol pegara cada día una nueva tira a su casita, desplazándola un poco hacia un lado y aumentando el tamaño. Es esa repetición, y no un control complejo, la que crea la forma característica de la especie.

Según el Modelo Estándar, el vacío no está vacío, sino que es un océano de partículas virtuales fantasmales. Un campo electromagnético superintenso, como una tormenta, arranca pares de electrones y positrones hacia la realidad.

Una cordillera donde la altura es la aptitud del organismo para la vida. Cada punto en la ladera es un conjunto específico de genes. La evolución trepa hacia arriba, pero el relieve de este paisaje está surcado por crestas y depresiones.

En un trozo sólido de aleación de estaño y plomo, las capas de los dos metales están apiladas como las páginas de un libro. Al calentar desde un lado, las capas no se funden de manera uniforme, sino con lenguas y dedos caprichosos.

Cuando se estira un trozo de metal, este cambia de forma y, a la vez, se vuelve más resistente. El secreto está en unos diminutos defectos de la red cristalina llamados dislocaciones. Son como arrugas en una alfombra: si mueves la arruga, la alfombra se desplaza más fácilmente que si tiras de toda la alfombra de una vez.

El Universo es una telaraña gigantesca de materia oscura invisible y galaxias, estirada por la expansión del espacio. Los neutrinos — partículas fantasmales casi imperceptibles — apenas se adhieren a los hilos, pero su masa total cambia sutilmente la tensión de toda la red.

La película lagrimal del ojo es una capa finísima de líquido que protege la córnea y mantiene la nitidez de la visión. Normalmente se la representa como una superficie perfectamente lisa, pero la córnea real, incluso la sana, está cubierta de irregularidades microscópicas.

Los arrecifes anulares, los atolones, suelen explicarse así: los corales crecen en el borde de una isla volcánica mientras la isla se hunde lentamente. Queda un anillo hueco que puede extenderse por kilómetros. Pero las imágenes de satélite muestran anillos similares también en arrecifes muy pequeños, donde no hay volcanes ni hundimiento.

Un trozo de masa, si se estira hacia los lados, no se estira de manera uniforme: en un punto se adelgaza y se rompe. El tejido vivo se comporta de manera similar, pero en lugar de una ruptura aparecen bandas de cizallamiento: zonas estrechas donde las células comienzan a deslizarse unas sobre otras, como las cartas de una baraja al cortarlas.

Un fino chorro de agua en el cristal de la ducha se agrupa en senderos serpenteantes que tiemblan y cambian ante nuestros ojos. Esta película de líquido que fluye por una superficie vertical es un ejemplo clásico de caos en la naturaleza: todo parece fluir hacia abajo, pero la superficie vive su propia vida impredecible.

En el cristal de un metal, los átomos se alinean en filas ordenadas, como ladrillos en una pared. Pero si se arranca un ladrillo, queda un hueco: lo que llamamos vacancia. Bajo irradiación, estos huecos se multiplican, comienzan a fusionarse en grandes cavidades y el metal pierde resistencia.

La vejiga urinaria se parece a un globo: mientras se llena, la pared se estira y la forma cambia. Los médicos suelen controlar la presión interna y la cantidad de líquido que entra, pero casi no prestan atención a la geometría en sí: cómo se curva exactamente la superficie.

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 viento sopla de manera uniforme, pero de repente llega una ráfaga y las hojas se arremolinan. Dentro de esa ráfaga, la velocidad del aire no cambia suavemente, sino a saltos: unas veces hacia adelante, otras hacia los lados. Estos tirones raros y fuertes se denominan intermitencia, y son el gran enigma de la turbulencia.

Golpea el fondo de una lata de conservas: se hundirá hacia adentro y se quedará así. Vuelve a presionar: se abombará hacia afuera. Esto es bistabilidad: un sistema con dos estados estables, como un interruptor de luz. Un arco elástico es el ejemplo más simple de este tipo de sistema.

Sobre la mesa hay una película de goma fina. Alguien la toma por el centro y tira lentamente hacia arriba. La película no se limita a elevarse: se abomba formando un domo, y luego por el borde del domo corren arrugas, como los pliegues de una falda. Si se sigue levantando, las arrugas se agrupan en pliegues grandes que cruzan toda la película.