teorema del virial

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 intérprete que se ha aprendido todas las réplicas de antemano responde al instante — no necesita escuchar toda la conversación de nuevo. Así funciona el nuevo modelo: no hace correr átomos en la computadora durante horas, sino que entrega de inmediato la energía libre del cristal a cualquier temperatura y presión.

El velocímetro de una galaxia se dispara. Las estrellas exteriores giran tan rápido que, según todas las leyes de la gravedad, deberían salir despedidas, como salpicaduras de una rueda.

El principio holográfico se compara a menudo con un holograma: toda la información sobre el volumen está registrada en una superficie plana.

Dos estrellas giran una alrededor de la otra, acercándose gradualmente. Su danza pierde energía, y esa energía se escapa al espacio en forma de ondas gravitacionales y, a veces, de otros campos.

En 1929, Edwin Hubble apuntó su telescopio a galaxias lejanas y descubrió que se alejan. Noventa años después, dos mediciones de la velocidad de esa expansión —una basada en la luz antigua y otra en estrellas cercanas— se niegan a coincidir. Una discrepancia del 9% no se puede achacar a errores.

En el centro de una galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo, y a su alrededor se extiende una enorme nube difusa de materia oscura. No brilla, no calienta, pero con su gravedad curva el espacio y cambia las reglas del juego para todo lo que gira cerca.

El modelo estándar de la física de partículas es un catálogo de todos los ladrillos conocidos del universo: electrones, quarks y otros. Pero no dice nada sobre la materia oscura y no se lleva bien con la gravedad. El nuevo trabajo da un paso audaz: a cada ladrillo del catálogo se le añade su reflejo especular con rotación opuesta.

En el universo primitivo, apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, los astrónomos observan objetos extraños: pequeños puntos rojos. Son compactos, rojos, y en sus espectros las anchas líneas de Balmer delatan la presencia de agujeros negros supermasivos. Pero, ¿cómo pudo un agujero acumular millones de masas solares en tan poco tiempo?

Tres cuerdas invisibles vibran en el vacío intergaláctico. No es poesía, sino una hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura: un campo cuántico ultraligero con espín 1, que porta tres polarizaciones.

Dos pequeñas pesas, cada una del peso de un grano de arena, cuelgan en la oscuridad a una temperatura más fría que el espacio exterior. No se tocan, pero entre ellas hay un hilo invisible: la gravedad. El experimento que ahora construyen los físicos debe captar el momento en que ese hilo tira de una pesa debido al movimiento de la otra.

Cuando una partícula lleva una gran energía interna, como una peonza masiva, su movimiento se puede dividir en una parte rápida y una lenta. La parte rápida es un temblor que apenas afecta a lo principal. Los físicos han desarrollado un método que permite descartar ese temblor y quedarse solo con el movimiento lento y significativo.

Dos patinadores en un lago congelado hasta el horizonte. Están tan lejos que sus siluetas se han reducido a puntos, y su atracción mutua es casi un concepto teológico. Según los preceptos de Newton, deberían girar en un vals especulativamente lento. Pero los telescopios ven otra cosa.

Tradicionalmente, los algoritmos de aprendizaje automático operan en un entorno estático, como agua que fluye por un cauce ya trazado sin cambiar su forma. El nuevo método invierte este paradigma: permite que el agente aprenda acciones y, al mismo tiempo, modifique el entorno en el que existe.

Imagina el universo primitivo como una campana de dimensiones inimaginables. La inflación —la época de expansión acelerada ideada por Alan Guth— la golpea, y una onda se propaga por el tejido del espacio-tiempo.

El suelo no es una esponja compacta, sino un laberinto de poros de diferentes calibres. Tras la lluvia, el agua no los llena todos a la vez: primero los más estrechos, luego los más anchos. Los físicos han construido una teoría de este proceso basándose en una imagen simple: un conjunto de vasos comunicantes.

El mundo que nos rodea es tridimensional, pero quizá sea solo una apariencia. Algunas teorías admiten que el espacio contiene dimensiones adicionales, plegadas o estiradas de manera especial. Uno de esos modelos dibuja un universo de cinco dimensiones con una dimensión "diluida" (llamada dilatón lineal).

En los primeros instantes de la vida del universo no había ni rastro de energía oscura: esa fuerza que hoy separa las galaxias cada vez más rápido. Pero si miramos más profundo, a la escala de Planck (miles de millones de miles de millones de veces más pequeña que el núcleo atómico), el espacio-tiempo deja de ser liso.

Las estrellas bosónicas son átomos gravitacionales. Solo que en lugar de carga eléctrica, el núcleo es la propia gravedad, que mantiene una nube de campo escalar en grumos cuantizados.

El espacio-tiempo no está vacío: tiembla. Tras el Big Bang, el universo estaba lleno del zumbido de las ondas gravitacionales, similar al grave tañido de una campana gigante.

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.

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.

Ya en la década de 1930, Fritz Zwicky notó que las velocidades de las galaxias en cúmulos eran demasiado altas para la masa visible. Más tarde, Vera Rubin confirmó esto para galaxias individuales.

La galaxia es una autopista cósmica donde las estrellas, como coches, corren en círculos. Su velocidad depende de una «carga» invisible dentro de la órbita: cuanta más masa, más rápido van los vehículos de fuera.

Un imán acercado a un puñado de limaduras de hierro las alinea a lo largo de líneas invisibles: así el campo rodea el imán de polo a polo. De manera similar se puede visualizar la gravedad alrededor de cuerpos masivos: solo que en lugar de limaduras está el propio espacio, y en lugar de un imán, una estrella o un agujero negro.

Si echas arena en un vaso, se asienta en una capa uniforme. Pero en lugar de arena, tomemos partículas diminutas de gas: en un campo gravitatorio no solo caen, cada grano se desplaza por su trayectoria, choca con sus vecinas, y todo ese ajetreo genera presión. Añade los efectos de la relatividad y la imagen familiar cambia sutilmente.

Un globo se infla, pero con cada pulsación de la bomba, la goma no solo se estira: también altera ligeramente su elasticidad. De manera similar funciona la gravedad en el nuevo modelo: no como un escenario rígido para el espectáculo cósmico, sino como un material vivo que responde a cada partícula de materia.

Los neutrinos son las partículas con masa más abundantes del universo. Atraviesan nuestro cuerpo por billones cada segundo, pero apenas dejan rastro. Su atracción gravitatoria conjunta, aunque ínfima, puede influir en el movimiento de galaxias enteras.

Los campos magnéticos en la superficie del Sol se ven como manchas oscuras y fáculas brillantes. Pero nacen en lo profundo, donde las corrientes de gas incandescente funcionan como una gigantesca dinamo. La pregunta es si se puede predecir, a partir de las manchas en la superficie, lo que ocurrirá dentro de la estrella en unos años.

El corazón no impulsa la sangre en un chorro uniforme, sino a golpes. Cada latido es una onda que corre por las arterias, como las ondas en una manguera tensa. Durante mucho tiempo se pensó que la tasa metabólica de los animales dependía solo de cómo se ramifican los vasos, como las tuberías de una casa.

Cuando las estrellas en los bordes de las galaxias giran más rápido de lo calculado, normalmente se supone la existencia de materia oscura oculta. Un nuevo trabajo prescinde de partículas invisibles.

Las estrellas en las afueras de las galaxias giran inesperadamente rápido. Según Newton, cuanto más lejos del centro, más lento debería ser el movimiento, como en un baile circular donde los que están en el borde van más despacio.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

En la década de 1950, la astrónoma Vera Rubin descubrió que las estrellas en los bordes de las galaxias se movían demasiado rápido, retenidas por una masa invisible. Así nació el misterio de la materia oscura. No emite luz, pero se manifiesta a través de la gravedad.

En las oscuras profundidades del cosmos se esconde una materia invisible. No brilla, pero su atracción mantiene unidas a las galaxias. Por lo general, se considera que la materia oscura obedece las mismas leyes de la gravedad que las mesas y las sillas.

Imagina el espaciotiempo como un vasto estanque. Un motor warp es un barco que lo cruza. Algunos barcos, como el famoso motor de Alcubierre, agitan el agua formando remolinos caóticos. Otros, como el diseño Rodal, se deslizan suavemente, apenas dejando una onda.

El cielo nocturno está lleno de estrellas, pero ellas son solo una pequeña parte de todo lo que existe en el universo. Los astrónomos notaron hace tiempo una rareza: las galaxias giran tan rápido que deberían despedazarse, pero no lo hacen. Algo invisible las mantiene unidas, como hilos invisibles que sujetan las cuentas de una rueda que gira.

En pequeñas galaxias satélite, las estrellas en la periferia giran más rápido de lo que la materia visible permite. Como si en el tejido del espacio apareciera un patrón para el que no hay suficientes hilos.

La fusión de agujeros negros genera una onda gravitacional. A veces, en el camino de la onda se interpone una galaxia o un grumo de materia oscura, predicha por Zwicky y descubierta por Rubin.

En la década de 1930, Fritz Zwicky, al observar el cúmulo de Coma, notó velocidades anómalamente altas en las galaxias: su movimiento indicaba la presencia de una enorme masa oculta que mantenía unido gravitacionalmente al sistema.