Física Clásica physics.class-ph

Una esfera metálica es una trampa para ondas de luz. Al reflejarse en las paredes, se combinan en oscilaciones congeladas, como crestas en un estanque que detuvieron el tiempo. Para cada uno de estos patrones (modos), las ecuaciones de Maxwell imponen una frecuencia estricta.

Un hilo fino en una corriente de agua es como un cabello en el chorro de la ducha. Si el agua se agita de un lado a otro, el cabello se estira con la corriente o se arruga. Los científicos tomaron hilos proteicos reales (actina, de la que están hechos los músculos) y los colocaron en un canal microscópico donde el líquido oscilaba a diferentes frecuencias.

En una rendija estrecha entre dos placas, los iones no se comportan como partículas libres, sino como una multitud en un autobús abarrotado: apretados unos contra otros, forman densos cúmulos. Precisamente esta propiedad —la capacidad de los iones de agruparse en racimos en espacios muy reducidos— es la base del nuevo mecanismo para controlar el transporte iónico.

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.

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.

Un pulso de luz en una fibra óptica es como el disparo de una pistola de salida: corto, seco, imposible de confundir con el silencio. Ese tipo de pulsos es lo que emite la nueva neurona artificial construida sobre un chip de silicio. Está hecha de un cristal de fosfuro de galio, un material que puede vibrar y transmitir luz al mismo tiempo.

Desde los tiempos de Galileo se creía que en el vacío todos los cuerpos caen por igual. Einstein lo elevó a principio: la gravedad se transmite a la velocidad de la luz y es una curvatura del espacio-tiempo.

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.

Un motor térmico común es como un molino entre dos orillas de un río, una caliente y otra fría: cuanto mayor es el desnivel, más fuerte es la corriente. Aquí el desnivel es diminuto, de solo uno o dos grados, pero el agua aún puede hacer girar la rueda.

Según la mecánica clásica, el electrón en un átomo debería girar en espiral alrededor del núcleo y caer rápidamente sobre él, como un surfista que pierde velocidad y se cae de la tabla. Pero los átomos viven miles de millones de años. Porque el cosmos no está vacío. Incluso en el vacío absoluto hay un mar electromagnético invisible: el campo de punto cero.

Una moneda girando sobre una mesa es una imagen que todos conocemos. Primero gira rápido, luego se inclina y su golpeteo se vuelve cada vez más frecuente. En los últimos segundos parece suspenderse: la rotación se ralentiza, pero la moneda no termina de caer. Ese momento final es un verdadero enigma para los físicos.

El agujero negro es invisible, pero lo delata la luz de la materia caliente que gira a su alrededor. Esta luz es como un agente doble: en un lado de la órbita se vuelve azul al acercarse a nosotros, y en el otro se enrojece al alejarse. Pero la propia gravedad (curvando el espacio-tiempo) también recolorea los rayos, quitándoles energía.

El té en una taza se enfría tranquilamente sobre la mesa. Pero si pasas a toda velocidad cerca de la velocidad de la luz, el termómetro marcará más, aunque nadie haya calentado el té. Los cálculos lo confirman: la aguja subirá. Hace cien años, los físicos estaban divididos en tres bandos.

Si aplaudes en una habitación vacía, el eco revelará su tamaño y forma. Cada objeto —una silla, un libro, una persona— añade su propia firma a ese eco: el sonido se refleja en él de una manera particular. Los autores del artículo han ideado cómo reescribir por completo esa firma sonora. Rodearon una región del espacio con una superficie cerrada de micrófonos y altavoces.

El problema de los tres cuerpos es el eterno escollo de la mecánica celeste. Ya Poincaré a finales del siglo XIX se dio cuenta de que su caos no admite soluciones analíticas generales. En esta locura gravitatoria solo aparecen de vez en cuando islas de regularidad: las órbitas periódicas.

Un objeto no puede ser un punto. Al menos, en la gravedad de Einstein. Las ecuaciones de la relatividad general exigen que la fuente del campo — la materia — esté distribuida en el espacio, no concentrada en un volumen infinitamente pequeño.

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.

En un cristal, el calor viaja en ondas. Los átomos vibran, y esas vibraciones —llamadas fonones— transportan energía desde el borde caliente hasta el frío. Durante mucho tiempo se pensó que si los fonones entraban en resonancia (sus frecuencias coincidían exactamente) y podían intercambiar energía, el calor fluiría en avalancha. Resulta que no es así.

Si por una puerta entreabierta se cuela un olor en la habitación, uno puede pararse en medio y olfatear. Pero quien esté justo en el umbral percibirá con mayor precisión el momento en que aparece el olor. Algo parecido hace una célula cuando necesita medir la concentración de una sustancia a su alrededor.

Una delgada varilla de cobre de quince centímetros de largo se desliza lentamente a través de una burbuja magnética invisible creada por un par de bobinas. En el centro de la burbuja, donde el campo es uniforme y fuerte, la aguja del voltímetro marca cero. En cuanto se desplaza la varilla hacia el borde, la aguja cobra vida, crece, alcanza su pico y luego cae suavemente.