Una hoja que cae en un río va adonde la lleva la corriente. Para remontar la corriente, algo tiene que impulsarla: un motor, un remo o un animal nadando que quema energía.
Todo esto está contemplado en la tercera ley del movimiento de Isaac Newton, que es una de las reglas más conocidas de la física: para cada acción, existe una reacción igual y opuesta.
Pero ahora, unos físicos en China han construido un “río” de luz y han observado cómo otro pequeño rayo de luz se desplazaba río arriba sin impulsarse por sí mismo.
El truco consistía en diseñar una interacción no recíproca, en la que la fuerza efectiva que una parte del sistema ejerce sobre la otra no se corresponde con una fuerza igual y opuesta. En otras palabras, entre las dos vigas que interactúan, se rompe la simetría habitual de acción-reacción.
“Para mí, la principal conclusión es que el comportamiento activo no requiere necesariamente una partícula o un nadador intrínsecamente activo”, declaró Yi Hu, físico de la Universidad de Nankai y autor del estudio, a New Scientist.
Un nadador hecho de luz
Los investigadores no enviaron fotones a través de un líquido real. En cambio, construyeron un análogo óptico de un fluido cuántico, utilizando luz que se propaga a través de un cristal no lineal.
Enviaron dos haces láser a través del cristal. Uno era ancho y simulaba el flujo del fluido. Al inclinar ligeramente este haz, los investigadores podían controlar la dirección y la velocidad de su flujo transversal.
El segundo haz era mucho más estrecho y actuaba como el “nadador”. Se le daba forma de onda solitaria estable y se enviaba a través del fluido óptico.
En condiciones de interacción recíproca ordinaria, el experimento se comportó de forma muy similar a lo que sugería la intuición: el fluido óptico en movimiento arrastró al nadador río abajo. Entonces, los investigadores cambiaron la forma en que interactuaban los dos haces.
Diseñaron el sistema de tal manera que el nadador afectara al fluido óptico circundante de forma distinta a como el fluido afectaba al nadador. Este tipo de interacción se denomina no recíproca.
La distribución desigual de la luz generó una fuerza sobre el nadador que apuntaba en contra de la dirección de la corriente. En lugar de ser arrastrado río abajo, el haz de luz comenzó a moverse río arriba.
En una interacción normal, las fuerzas entre dos objetos se presentan en pares iguales y opuestos. En este caso, las fuerzas efectivas entre el nadador y el fluido óptico no se equilibraban de esa manera, lo que permitía al nadador moverse contra la corriente sin generar su propia propulsión.
Curiosamente, subir todos los parámetros al máximo no produjo el efecto más potente. El nadador se desplazaba contra la corriente con mayor eficacia a velocidades y densidades de fluido intermedias.
Eso no significa que los físicos hayan descubierto que Newton estaba equivocado. La tercera ley de Newton se aplica directamente a las interacciones mecánicas aisladas. Las fuerzas efectivas pueden romper la simetría acción-reacción en sistemas abiertos y fuera del equilibrio, donde otras partes del entorno participan en el intercambio de momento. Los científicos ya han estudiado estas fuerzas efectivas no recíprocas en plasmas, coloides y sistemas vivos.
Una forma diferente de nadar contra la luz
Sorprendentemente, esta no es la primera vez que los físicos consiguen que algo se mueva contracorriente a través de un fluido de luz. A principios de este año, otro equipo demostró un nadador óptico que se impulsaba contra la corriente desprendiendo pares de diminutos vórtices cuánticos a su paso. Al igual que un calamar que expulsa agua, el nadador recibía un retroceso por lo que enviaba río abajo, aunque este mecanismo respetaba la simetría habitual de acción-reacción.
El nuevo experimento logra el mismo resultado general por una vía fundamentalmente diferente. No se requiere una estela de vórtice para proporcionar el impulso. Mathias Albert, físico de la Universidad de la Costa Azul que trabajó en el experimento anterior pero no en el nuevo estudio, declaró a New Scientist que el resultado se enmarca en un área de la física en rápido desarrollo.
“Esta cuestión está muy presente en el ambiente actualmente, y varios grupos están explorando cómo se pueden combinar los conceptos de materia activa con fluidos cuánticos y sistemas fotónicos”, dijo Albert.
Los investigadores ya han comenzado a extender las ideas de materia activa no recíproca a las profundidades de la física cuántica. En 2025, por ejemplo, los físicos propusieron espines cuánticos que interactúan de forma no recíproca, produciendo una dinámica colectiva similar a la de un grupo persiguiendo a otro. A principios de 2026, Hu y sus colegas también demostraron una inversión inusual del momento en ondas ópticas que interactúan de forma no recíproca.
A continuación, el equipo de Hu espera construir sistemas más elaborados, incluyendo experimentos con varios nadadores interactuando simultáneamente. En última instancia, controlar la trayectoria de los paquetes de luz que interactúan entre sí podría resultar útil en dispositivos fotónicos o de información cuántica. De forma más inmediata, el experimento revela una vía inusual para el movimiento: a veces, un objeto no necesita su propio motor. Simplemente necesita que el entorno le ofrezca una resistencia diferente.
Los resultados se describieron en la revista Physical Review A.
Fuente: ZME Science.