frente de onda

Un reflector con haz de ancho variable barre la costa. Su luz son las largas olas oceánicas que nacen en la zona de rompiente y se propagan en ambas direcciones: hacia la playa y hacia mar abierto. Antes se consideraba que este reflector era puntual, pero la zona real de rompiente, donde rompen las olas cortas, tiene un ancho finito que cambia a medida que el frente avanza y retrocede.

Las olas en la superficie del agua normalmente se rompen contra cualquier obstáculo: una piedra, un pilote, una isla. ¿Pero qué pasaría si colocas los obstáculos de manera tan astuta que la ola casi no los note? En un nuevo trabajo, los científicos dispusieron sobre el agua un patrón de muchos puntos, colocados según reglas matemáticas especiales, y enviaron olas a través de ellos.

La luz de una estrella, al atravesar la atmósfera y la óptica del telescopio, tiembla como los reflejos del sol en el agua. En esa ondulación se esconden los planetas: débiles destellos junto a una luz deslumbrante. Para verlos, hay que congelar la ondulación: hacer que la luz sea uniforme, como un cristal.

La orquesta toca, pero los músicos no se oyen entre sí. El director detiene la música una y otra vez y se acerca a cada uno para afinar el instrumento. Así funcionan aproximadamente los telescopios espaciales con espejos segmentados.

Una piedra cae al agua y círculos se extienden en todas direcciones. Si lanzas un puñado de piedras a la vez, los círculos se superponen: ya no se distingue la huella de cada una. Algo parecido ocurre con un haz de neutrones que incide en un detector: una mancha brillante, borrosa por múltiples causas.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Si en su camino se encuentra una rama que sobresale, parte de la ondulación se refleja y parte la rodea. De manera similar se comportan las ondas gravitacionales —la ondulación del propio espacio-tiempo— cuando pasan cerca de cúmulos de galaxias o agujeros negros.

Un telescopio solar se parece a un ojo que intenta distinguir a una hormiga a través de una sopa hirviendo. El cielo diurno deslumbra, el aire tiembla y la imagen se desdibuja. Para congelarla se necesita óptica adaptativa: un sistema que adivina las distorsiones y las corrige cientos de veces por segundo.

La luz, como una cuerda que se sacude, oscila en un plano determinado. Los astrónomos e ingenieros suelen rotar la imagen con un sistema de tres espejos, el llamado espejo K, pero al hacerlo, el plano de oscilación de la luz también rota involuntariamente. Para mediciones precisas, eso es un problema.

El agua que se va por el desagüe forma un remolino. Algo habitual en cualquier cocina. Pero ese mismo remolino ha demostrado ser capaz de reproducir dos efectos que los físicos suelen asociar con los agujeros negros y la rotación de los planetas. El primer efecto es el desfase de una onda al rodear un obstáculo.

Un conjunto de antenas convencional se parece a un coro: muchas voces cantan al unísono y el sonido se amplifica solo en una dirección. Para captar la señal desde otro lado, hay que reorganizar todo el coro. Ahora imagina que una sola voz pudiera cambiar su timbre de modo que el sonido se concentrara por sí solo en la dirección deseada.

Cuando la luz atraviesa un medio turbio —por ejemplo, un vaso de leche o un vidrio esmerilado— se dispersa en todas direcciones. Pero a veces, en lugar de dispersarse, queda atrapada en diminutos «bolsillos» dentro del material. Estos bolsillos son lo que los físicos llaman modos localizados: la luz cae en una trampa y no puede escapar.

Una canica de vidrio en un vaso de agua es casi invisible, pero si la miras a través de un mantel a cuadros, las líneas detrás de ella se curvan. Las células transparentes se comportan igual: la luz las atraviesa, pero se ralentiza ligeramente y cambia de dirección. Un microscopio normal no puede captar ese cambio: se necesitan colorantes, que a menudo matan a la célula viva.

Una piedra cae en un estanque y por el agua se extienden círculos. ¿Las ondas cortas corren más rápido que las largas? No: en aguas profundas ocurre lo contrario, las largas adelantan a las cortas. En el metal, un sonido de cierta altura viaja a una velocidad, y otro de distinta altura, a otra.

El haz de una linterna incide sobre un vidrio irregular y en la pared aparece un patrón de motas claras y oscuras. Antes, ese patrón se consideraba ruido inútil. Ahora, con él se reconstruye una imagen tridimensional. En el nuevo sistema, la luz proveniente del objeto atraviesa una placa especial con irregularidades conocidas.