¿Qué pueden tener en común un físico cuántico, un geólogo y un matemático? ¡Por supuesto, el deseo de resolver el enigma del universo! Los científicos han descubierto que observar el comportamiento de los océanos de la Tierra ayudará a explorar incluso los rincones distantes de la galaxia.
Como todos sabemos, la ciencia está llena de sorpresas, y en ocasiones confluyen fenómenos y conceptos que a primera vista no tienen nada en común. Al parecer, ¿cuál es la conexión entre cierto tipo de olas oceánicas que gobiernan el ciclo climático de El Niño y los materiales cuánticos, cuya característica distintiva es su capacidad para conducir corriente solo en la superficie? Los físicos, sin embargo, nos aseguran que ambos fenómenos pueden explicarse mediante los mismos principios matemáticos.
Cómo la física cuántica afecta el clima mundial
norte
Brad Marston, físico de la Universidad de Brown y autor principal del nuevo estudio, trató de probar una teoría muy interesante. En su opinión, el uso de principios topológicos puede explicar tanto el fenómeno de que las ondas oceánicas y atmosféricas en el ecuador caen en una especie de "trampa", y el hecho de que la física de la materia condensada (una enorme rama de la física que estudia el comportamiento de sistemas complejos y afirma que la evolución el sistema en su conjunto no puede "dividirse" en la evolución de sus partes individuales) puede ser igualmente útil tanto para la Tierra como para explicar fenómenos en otros planetas y lunas. En términos simples: el objetivo principal del trabajo es demostrar que los principios de la física cuántica son igualmente válidos para nuestro planeta y para otros cuerpos cósmicos.
Pero, ¿cómo probar una teoría a tan gran escala? Para ello, Marston se asoció con Pierre Delac, un experto en física de la materia condensada, así como con el geofísico Antoine Venail. Los científicos han aplicado la teoría de la materia condensada a dos tipos de ondas gravitacionales, conocidas como ondas Kelvin y Yanai, que viajan a través de los mares y el aire alrededor del ecuador de la Tierra. Estas distorsiones onduladas, de cientos y miles de kilómetros de longitud, transmiten un impulso energético al este del ecuador, que afecta en gran medida a El Niño, el sistema de fluctuaciones en la temperatura de las aguas superficiales del Océano Pacífico, del que depende el estado del clima y la cantidad de precipitación. Esto sucede debido a la interacción de varios procesos físicos. En primer lugar, la fuerza de la gravedad entra en oposición con la flotabilidad,que provoca el enfriamiento / calentamiento del aire y el agua debido a gotitas independientes entre sí. En segundo lugar, la rotación de la Tierra hacia el este crea el llamado efecto Coriolis, que hace que los fluidos se muevan a lo largo de la superficie de la Tierra en direcciones opuestas según el hemisferio.
De la teoría a … la teoría
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Para ver cómo los efectos interactúan entre sí y forman ondas, Marston y sus colegas siguieron la misma estrategia que Taro Matsuno, un científico de la Universidad de Tokio, quien predijo una "trampa" ecuatorial para las ondas en 1966. Aquí es donde entra la física cuántica: los científicos simplifican la estructura de todo un océano y se centran en una banda estrecha sobre la que el efecto Coriolis permanece aproximadamente constante. Pero hacen todos sus cálculos no para ondas ecuatoriales, sino para aquellas que son más susceptibles de análisis. Los físicos también cambian a un problema más simple para demostrar que contiene una respuesta a la pregunta original, aunque implícitamente.
Marston y sus colegas estudian ondas no en el espacio ordinario, sino en el espacio abstracto de todas las ondas posibles con diferentes longitudes de onda y efectos de Coriolis. Las ecuaciones para ondas extremadamente largas muestran dos puntos matemáticos especiales donde la amplitud de la onda varía mucho con su longitud. Estos puntos se denominan "agujeros matemáticos", y hay dos de ellos, ya que la Tierra tiene dos hemisferios con fuerzas de Coriolis opuestas. Como resultado, como señalan los investigadores en las páginas del portal Science, los hemisferios se comportan como dos piezas de material aislante eléctrico. Así como la combinación de dos materiales aislantes eléctricos permite que la corriente fluya a lo largo de su superficie, la combinación de los dos hemisferios crea ondas en su límite: el ecuador, que disminuye al aumentar la latitud. Y, como en el caso del material, las ondas son estables o,como dicen los físicos, "protegido topológicamente" por las características del espacio abstracto.
El futuro: la física cuántica en manos de los astrónomos
¿Qué tiene que ver la astronomía con eso? Según Marston, el principio de estas ondas es el mismo para cualquier planeta en rotación. Los científicos han descubierto que incluso si tiene la forma de una rosquilla, esto no cambiará la situación. En teoría, este sistema puede aplicarse a otros fenómenos cósmicos, por ejemplo, discos de polvo y gas alrededor de los agujeros negros, así como a las atmósferas de Venus y Titán, en las que también se registraron ondas ecuatoriales. Así, los científicos tienen en sus manos una poderosa herramienta topológica que les permitirá conocer la geofísica del planeta mucho antes de que se les envíe una sonda o una misión de expedición.
Vasily Makarov
