La tercera ley de Newton establece que para cada acción existe una reacción igual y opuesta. Sin embargo, las bandadas de aves, los enjambres de bacterias y las multitudes humanas parecen ignorar este principio universal. Un equipo de científicos acaba de publicar en Nature Physics una solución elegante y asombrosa para este problema histórico y demostró que la única forma de simular estos sistemas complejos es agregando elementos ficticios a las ecuaciones.

Desde hace más de tres siglos, la física clásica se apoya sobre pilares inamovibles. Uno de los más famosos es la tercera ley de Newton, conocida popularmente como el principio de acción y reacción. Es fácil observarla en nuestra vida diaria. Si corremos, nuestros pies empujan el suelo hacia atrás y el suelo nos empuja hacia adelante con la misma fuerza. Todo el universo mecánico parece obedecer esta regla de equilibrio perfecto. Todo, excepto ciertos comportamientos colectivos de la biología.

Cuando observamos una bandada de aves en el cielo, vemos un movimiento fluido e hipnótico. Pero los físicos veían un enorme dolor de cabeza matemático. Las aves que vuelan en grupo solo prestan atención a las compañeras que tienen adelante o a los lados; ignoran por completo a las que van detrás. Esta dinámica rompe el equilibrio de Newton porque la interacción fluye en una sola dirección. A esto, la ciencia lo llama «interacciones no recíprocas».

El límite de las simulaciones tradicionales

Marín Bukov, líder del grupo de investigación en el Clúster de Excelencia de la ciudad alemana de Dresde, explica que los modelos teóricos tradicionales fueron diseñados exclusivamente para sistemas recíprocos (donde la acción y la reacción son iguales).

Al intentar simular matemáticamente el comportamiento de multitudes humanas, enjambres bacterianos o tejidos celulares, las ecuaciones convencionales simplemente fallaban. Los científicos carecían de una herramienta precisa para modelar la realidad biológica, un obstáculo gigantesco para comprender a fondo los procesos naturales y el movimiento colectivo de los animales.

El truco del ave imaginaria

La solución a este enigma histórico, publicada recientemente en la prestigiosa revista Nature Physics, requirió pensar fuera de la caja. El equipo de Dresde, en colaboración con el físico Roderich Moessner, logró extender el marco tradicional de acción y reacción introduciendo algo que llamaron «grados de libertad auxiliares». En términos simples, inventaron socios ficticios.

El biofísico Ricard Alert detalla que el truco matemático consiste en construir un compañero imaginario para cada componente real del sistema. Para simular el movimiento exacto de los pájaros utilizando las herramientas de la física clásica, los investigadores colocan matemáticamente a un «ave ficticia» volando exactamente en la dirección opuesta frente a cada ave real.

Estos compañeros invisibles no representan pájaros de verdad. Son puras herramientas matemáticas que devuelven el equilibrio a la ecuación, transformando interacciones unidireccionales rebeldes en interacciones recíprocas que las computadoras sí pueden analizar y simular con una precisión sin precedentes.

Un salto hacia el futuro cuántico

Utilizar variables matemáticas auxiliares no es algo nuevo en la física, pero aplicarlo a sistemas vivos con interacciones no recíprocas es un avance monumental. Ahora, la ciencia puede utilizar todo el poder de la física de muchos cuerpos para modelar el caos aparente de la naturaleza.

Pero el impacto de este descubrimiento va mucho más allá de la biología. Los investigadores ya se están haciendo una pregunta fascinante. Si este truco matemático funciona para explicar las excepciones biológicas a la ley de Newton, es muy probable que pueda aplicarse para descubrir formas completamente nuevas de comportamiento cuántico colectivo. Al comprender cómo la naturaleza rompe sus propias reglas a nivel macroscópico, los físicos acaban de conseguir la llave para explorar los misterios magnéticos del futuro.

Referencias:

Yu-Bo Shi, Roderich Moessner, Ricard Alert, Marin Bukov. Hamiltonian description of non-reciprocal interactions. Nature Physics, 2026; DOI: 10.1038/s41567-026-03317-0