Sincronización

Este simpático caballero es Christiaan Huygens, famoso astrónomo y científico holandés que jugó un rol muy importante en la revolución científica del siglo XVII. Su apellido se pronuncia aproximadamente Jóiguens (ni Juíguens ni Úigens, ojo).

Sus contribuciones fueron muchas y variadas. Entre otras cosas, Huygens descubrió que los raros apéndices que Galileo había descubierto en el planeta Saturno eran en realidad un anillo. También descubrió Titán, el mayor de sus satélites (la sonda espacial Huygens descendió sobre Titán hace algunos años, tomando extraordinarias fotografías de un mundo sorprendentemente parecido a la Tierra). Su dibujo de la Gran Nebulosa de Orión es el más antiguo que existe de esta hermosa región del cielo.

Hacia el fin de su vida escribió un tratado sobre la posibilidad de vida en otros planetas, reconociendo el importante rol del agua líquida, tal como mencionábamos recientemente en conexión con los planetas extrasolares. Sus argumentos -entre estéticos y religiosos- eran muy distintos de los que esgrimen los exobiólogos modernos. Fíjense esto, que traduzco un poco libremente:

¿Acaso permitiremos en estos planetas sólo vastos desiertos, materiales sin vida y rocas inanimadas?  ¿Los privaremos de toda criatura que aluda al Divino Arquitecto? ¿Los hundiremos por debajo de la Tierra en belleza y dignidad? Es algo que ninguna razón debe permitir.

Huygens contribuyó también en áreas de la matemática y la física como la teoría de las probabilidades, el cálculo infinitesimal y la mecánica.

Y esto va a sorprender a más de uno: ¡Huygens inventó el reloj de péndulo! Hoy en día casi en desuso (si bien todos lo conocemos), el reloj de péndulo fue el primer instrumento capaz de medir el paso del tiempo con precisión, y durante siglos fue el único. Acá hay una foto de uno de sus relojes y de su libro sobre el tema. Y a propósito de relojes, nos acercamos al tema anunciado en el título de esta nota: la sincronización...

En cierta ocasión Huygens se encontraba enfermo y tuvo que permanecer en cama durante algún tiempo. Tal vez aburrido, tal vez solo en casa e inmerso en el silencio, llamó su atención el tic-tac de dos relojes de péndulo colgados en la pared de su cuarto. Los dos relojes batían los segundos a unísono, sin apartarse uno del otro. Huygens se dio cuenta de que era algo muy raro: el período de un reloj de péndulo está fijado por su longitud, y por más cuidado que se tuviera era imposible lograr que dos péndulos fueran exactamente iguales. Huygens pidió que se llevaran uno de ellos y lo colgaran en una habitación lejana. Escuchando el tic-tac pudo verificar que los batidos de los péndulos, efectivamente, se apartaban uno del otro inexorablemente. Al colgarlos de nuevo en una misma pared no tardaron en sincronizarse. ¿Qué estaba pasando? Huygens se dio cuenta de que la causa de la sincronización era la interacción entre ambos instrumentos, el acoplamiento que proporcionaba la pared de la cual pendían. Alguna comunicación viajaba de uno a otro y les permitía sincronizarse. Huygens hizo experimentos sobre el fenómeno (la imagen muestra un dibujo de su cuaderno de notas), pero no fue sino hasta las décadas finales del siglo XX que la sincronización de osciladores acoplados fue sistemáticamente estudiada con las herramientas de la física de los sistemas no lineales.

Hoy en día es un campo muy activo y muy interdisciplinario, ya que el fenómeno de sincronización de osciladores existe en todas las áreas de la ciencia y a todas las escalas de la naturaleza. Desde los ritmos que marcan las reacciones químicas que ocurren dentro de las células, pasando por el movimiento coordinado de las células del corazón o de individuos que forman una muchedumbre, una bandada o un cardumen, hasta la rotación de la Luna sincronizada con su revolución alrededor de la Tierra y la forma de los anillos de Saturno (lo cual le habría encantado a Huygens), el fenómeno está por todos lados.

El estudio de la sincronización de osciladores es una de las áreas de investigación en mi grupo de trabajo, el Grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria (FiEstIn para los amigos). Con la colaboración del Portal para educación media del Instituto Balseiro preparamos recientemente un breve video educativo sobre la sincronización, con comentarios y una demostración sencilla de laboratorio que ilustra muy bien el fenómeno. La pueden ver aquí o, más grande, en YouTube.



Dos comentarios finales, anticipándome a posibles reclamos:

1. No, la sincronización no es lo mismo que la resonancia (pero esto quedará para otro día...).

2. Las luciérnagas no se ven bien. Es verdad. No sé por qué. Una filmación impresionante es la que muestra David Attenborough en uno de los capítulos de la serie Trials of life. La BBC tiene un sitio para el capítulo pero los dos clips que muestran no incluyen a las luciérnagas... En YouTube se encuentran algunos clips, como éste del usuario khsfrst (es de noche, se llega a ver la silueta de un árbol, unas pocas luciérnaga volando, y un gran enjambre que están posadas en el árbol y que destellan sincronizadamente):