La Física de lo Complejo
¿Sabéis?
Los físicos no sólo trabajan en averiguar cuál es la partícula más pequeña que existe
o en descubrir un nuevo exoplaneta.
¡No!
Una gran parte de ellos se ocupa de explorar una frontera de la física moderna más extensa
y difusa: la física de lo complejo.
Piensa en un pájaro.
Su vuelo es digno de estudio: la forma de sus alas, su conducta… todo un mundo de
preguntas.
Pero, ¿qué pasa si ponemos a volar a un pájaro con muchos otros?
Pues que no volarán de una forma independiente.
Toda la bandada se moverá en una formación concreta, creando esos bellos patrones que
todos hemos visto alguna vez.
Y este comportamiento no es particular de una especie determinada de pájaro, sino que
muchos, grandes o pequeños, vuelan juntos de formas semejantes.
Es la interacción entre individuos lo que da lugar a esta peculiar conducta colectiva.
Al poner juntos muchos pájaros, nuevas maravillas surgen.
Esta es la magia de lo complejo
Y, volviendo a la física, sólo tienes que sustituir los pájaros, por ejemplo, por electrones
y llegamos a los sistemas físicos que se estudian en centros de investigación por
todo el mundo.
Sí, la ciencia moderna tiene una teoría completa acerca de qué son y cómo se comportan
los electrones individualmente.
Sin embargo, cuando pones trillones de estos en un entorno específico y los dejas interaccionar,
sus propiedades individuales dejan de ser tan importantes, emergen comportamientos electrónicos
colectivos y la complejidad se convierte en protagonista.
Por ejemplo: en ciertos materiales, estos electrones dejan de repelerse como nos tienen
acostumbrados.
Al contrario, su interacción con las vibraciones de la red de núcleos sobre la que viajan
los hace no solo no repelerse, sino atraerse.
Las sustancias que consiguen este sorprendente apareamiento de electrones las llamamos Superconductoras.
El hecho de que los electrones se junten en parejas hace que el material conduzca la electricidad
sin oponer ninguna resistencia a su paso.
Otro ejemplo: los electrones también son muy sensibles a qué caminos se les deja libres
para moverse.
Si los confinas en las dos dimensiones que abarca una red de átomos de carbono con forma
de panel de abeja, éstos se comportan como si no tuviesen masa.
Este extraño comportamiento confiere a este material, el famoso grafeno, increíbles propiedades
no sólo eléctricas, sino también mecánicas, térmicas, y ópticas.
Pero este vídeo no solo va sobre electrones.
Los fotones también entran en el juego.
Estos científicos han aprendido a engalanar la luz para que pueda interactuar consigo
misma, algo que no suele hacer normalmente.
Por ejemplo, al revestir fotones con electrones se puede generar una partícula híbrida,
el polaritón.
Esta nueva partícula nos ayuda a comprender mejor todos los detalles de la interacción
entre luz y materia.
Este fenómeno recuerda a las burbujas en una la pecera.
No son ni el aire que contienen, ni el agua que las rodea pero, a pesar de ello, las percibimos
como una cosa en sí misma.
Estas “partículas a efectos prácticos”, se las llaman cuasipartículas.
Sin duda, uno de los conceptos más sugerentes y poderosos de la física moderna.
Y no creáis que la física de lo complejo se limita a fotones o electrones.
La complejidad en la interacción entre moléculas no se queda atrás.
Por ejemplo, la atracción y repulsión entre diferentes moléculas las ordena formando
grandes estructuras increíblemente robustas a la vez que flexibles, como las membranas
que forman las paredes de tus células, capaces de permitir el paso a unas sustancias y bloquear
otras.
A menudo las moléculas grandes, como las proteínas, “se comunican” alterando el
fluido que las rodea y creando espontáneamente patrones colectivos, formando parte de un
ballet microscópico que controla procesos biológicos tan diferentes como la división
celular o el equilibrio de presiones en nuestros pulmones…
Los científicos que estudian todos estos fenómenos complejos se llaman Físicos de
la Materia Condensada.
Son expertos en combinar las extrañas normas del mundo en miniatura con el arte de tratar
con muchos individuos.
Además, mezclan estas herramientas con sus conocimientos sobre la luz, sobre los fluidos,
sobre las propiedades mecánicas, sobre electricidad y magnetismo, sobre termodinámica... e incluso
toman prestados conceptos y metodologías propios de otras ramas del conocimiento, tales
como la ingeniería, la química, o la biología.
Una de las grandes lecciones que nos enseña la física de la materia condensada es que,
a pesar de involucrar individuos muy diferentes, los fenómenos complejos que emergen son sorprendentemente
parecidos.
Esta universalidad de lo complejo hace que la física de la materia condensada sea una
ciencia multidisciplinar, con implicaciones fundamentales que van mucho más allá del
estudio de electrones, fotones o moléculas; que ha contribuido a resolver problemas en
ramas del saber muy distintas.
Esta es una pequeña pincelada del trabajo que se realiza en centros de investigación
como el Instituto de Física de la Materia Condensada, el IFIMAC, en el campus de la
Universidad Autónoma de Madrid.
Aquí más de 160 investigadores estudian la física de lo complejo usando desde los
tradicionales lápiz y papel hasta concibiendo y desarrollando novedosas técnicas experimentales
y métodos de cálculo y simulación.
Y no hacen esto solo porque sea muy guay: aparte de la gran cantidad de hallazgos fundamentales
a los que ha dado lugar, estudiar la física de la materia condensada tiene aplicaciones
prácticas que ya están revolucionando el mundo.
¡Qué demonios!
tu móvil existe gracias a los materiales avanzados fruto de este trabajo.
Sí, gracias a la labor de físicos como los del IFIMAC puedes estar viendo este vídeo.
Así que solo toca esperar qué otras maravillas nos deparará esta física de lo complejo
