¿Puede un camarón de sal hacer que la energía vaya al revés?

Cuando revolvés el café, aparecen remolinos grandes. Después esos remolinos se desarman en otros más chicos, y los más chicos en otros todavía menores. Al final, la viscosidad del líquido —esa resistencia interna que hace que todo termine frenándose— se queda con la energía en forma de calor.

Esta es una de las imágenes clásicas de la turbulencia: la energía baja desde las estructuras grandes hacia las pequeñas, como una cascada que cae por una escalera.

Pero ahora imaginá que, en vez de bajar, la cascada empieza a subir.

Eso es, en esencia, lo que un grupo de investigadores descubrió al estudiar el movimiento de unos diminutos camarones de sal. No encontraron que los camarones violen las leyes de la física, por suerte: encontraron que la dirección en la que la energía pasa de una escala a otra puede depender de algo mucho más simple de lo esperado: la geometría, es decir, cómo está orientada una perturbación respecto del flujo.

Y acá aparece la parte interesante. El camarón fue la pista inicial, pero el resultado importante no depende de que haya un animalito nadando. También se reprodujo con varillas y con simulaciones matemáticas.

Una cascada hecha de remolinos

Primero, una aclaración que a mí me parece necesaria: “energía” no significa acá una cantidad misteriosa que viaja como una flecha luminosa. Se trata de energía cinética, la energía asociada al movimiento del agua.

Un flujo turbulento contiene movimiento en muchos tamaños al mismo tiempo. Hay corrientes grandes, remolinos medianos y remolinos pequeños. Todos se empujan, se estiran y se deforman entre sí.

En un flujo tridimensional, como el aire de una tormenta o buena parte del agua del océano, la imagen habitual es esta: una estructura grande transmite energía a otras más pequeñas. Esas estructuras menores hacen lo mismo, hasta que los remolinos se vuelven tan diminutos que la viscosidad puede disipar su movimiento.

El matemático Lewis Fry Richardson resumió la idea con unos versos en inglés: los remolinos grandes tienen remolinos pequeños, que se alimentan de su velocidad; y los pequeños tienen otros aún menores, hasta llegar a la viscosidad.

En dos dimensiones, la historia cambia. Cuando el fluido está confinado en una capa muy delgada, ciertos movimientos no pueden escapar hacia arriba ni hacia abajo. Las reglas matemáticas son distintas y, en la turbulencia bidimensional ideal, la energía tiende a subir de escala: los remolinos pequeños alimentan otros más grandes.

A esto se lo llama cascada inversa.

La Gran Mancha Roja de Júpiter suele aparecer en esta conversación porque la dinámica de ciertas capas de su atmósfera se parece, en algunos aspectos, a un sistema bidimensional. No es una pelota de agua perfectamente plana —Júpiter no tuvo esa amabilidad—, pero sirve como ejemplo de cómo pequeños remolinos pueden contribuir a mantener una estructura gigantesca.

Durante mucho tiempo, la idea general fue que la dirección de la cascada venía determinada por la dimensionalidad del flujo: en tres dimensiones, hacia abajo; en dos dimensiones, hacia arriba.

El trabajo de Xinyu Si y Lei Fang muestra que esa regla tiene una condición importante: también importa cómo se organizan las fuerzas dentro del flujo.

El laboratorio era una capa de agua salada

Para estudiar el problema, los investigadores construyeron un flujo casi bidimensional. Colocaron una capa muy fina de agua salada sobre una superficie de vidrio, de apenas unos milímetros de espesor. Debajo pusieron imanes y, mediante una corriente eléctrica, hicieron que el líquido se moviera.

No es magia, aunque el montaje tenga ese aire de experimento de villano de película. El agua salada conduce electricidad y, al interactuar la corriente con el campo magnético, aparece una fuerza que empuja el líquido horizontalmente.

Así pudieron fabricar un flujo controlado, parecido a una corriente que se mueve a distintas velocidades en distintas zonas. Cuando una parte del agua se desplaza más rápido que otra, tenemos una cizalladura. Esa diferencia de velocidades estira el fluido y puede generar turbulencia.

Para ver qué hacía el agua, sembraron el líquido con pequeñas partículas fluorescentes. Las iluminaron y las filmaron. Como las partículas eran suficientemente pequeñas, seguían el movimiento del fluido. Observando sus trayectorias, los investigadores podían reconstruir las velocidades en cada región.

Entonces llegó Artemia salina, el camarón de sal que en los años sesenta y setenta se vendía como “sea monkey”. Los huevos secos cabían en un sobrecito; al ponerlos en agua salada, aparecían unos crustáceos de aproximadamente un centímetro de largo.

Un adulto de Artemia mide más o menos lo que una uña. Nada batiendo sus apéndices y deja detrás un pequeño chorro de agua. Ese chorro es pequeño, pero puede interactuar con el flujo de fondo.

Los investigadores dejaron que un camarón atravesara la zona observada y midieron qué ocurría alrededor de su cuerpo.

La orientación cambia la dirección

La sorpresa no fue simplemente que el camarón agitara el agua. Eso ya era esperable. Lo inesperado fue que la orientación del animal pareciera cambiar el sentido de la transferencia de energía.

Para explicarlo sin dibujar una pizarra llena de flechas, imaginá una corriente que estira el agua en una dirección determinada. Ahora introducí una perturbación pequeña, como el movimiento de un camarón, un chorro o una varilla.

Si esa perturbación está orientada de cierta manera, los movimientos pequeños pueden entregar energía a los movimientos grandes. En ese caso, la cascada va hacia escalas mayores, como ocurre normalmente en la turbulencia bidimensional.

Si la girás, la relación entre la perturbación y la corriente cambia. Entonces la energía puede ir de las estructuras grandes hacia las pequeñas.

En el experimento, el límite apareció alrededor de los 45 grados respecto de la dirección de máximo estiramiento del flujo:

• por debajo de 45 grados, la energía tendía a pasar de escalas pequeñas a grandes;
• por encima de 45 grados, tendía a pasar de escalas grandes a pequeñas.

Frená acá: este es el corazón del descubrimiento. No hace falta cambiar mucho la intensidad de la perturbación; alcanza con cambiar su orientación para cambiar la dirección de la cascada.

Dicho de otra manera: una fuerza pequeña, aplicada con el ángulo adecuado, puede reorganizar el camino que sigue la energía a través de un sistema turbulento.

Los camarones fueron reemplazados por varillas

Ahora bien, los camarones tienen una desventaja experimental bastante evidente: no son piezas de Lego. Nadie puede pedirle a un camarón que nade exactamente a 37 grados durante diez segundos y que, por favor, repita la maniobra tres veces para mejorar la estadística.

Por eso, después de observar el fenómeno con los animales, Si y Fang usaron conjuntos de varillas de aproximadamente un centímetro. Las varillas eran más fáciles de orientar y permitían controlar mejor la perturbación.

Al cambiar el ángulo de las varillas respecto del flujo, obtuvieron el mismo cambio en la dirección de la transferencia de energía. Además, Filippo De Lillo y Guido Boffetta, de la Universidad de Turín, hicieron simulaciones numéricas y encontraron el mismo comportamiento.

Esto es crucial. El resultado no es “los camarones tienen poderes especiales”. El camarón permitió descubrir una forma natural de producir una perturbación orientada. La prueba más controlada mostró que el mecanismo era más general.

La explicación matemática: dos maneras de estirar

Los investigadores describen el fenómeno mediante dos objetos matemáticos llamados tensores. La palabra suena un poco intimidante, así que voy a simplificar.

Una flecha sirve para indicar una dirección. Pero a veces necesitamos describir algo que empuja, estira o comprime de manera diferente según la dirección. Para eso sirve un tensor.

Pensá en una esponja. Si la apretás desde arriba, se comprime verticalmente, pero se ensancha hacia los costados. Una sola flecha no alcanza para describir todo lo que ocurre. Un tensor sí puede representar esa combinación de deformaciones.

En el flujo estudiado hay, simplificando mucho, dos tensores importantes:

1. uno describe cómo la corriente grande estira y deforma el agua;
2. el otro describe las fuerzas y tensiones asociadas a los movimientos pequeños.

La dirección de la cascada depende de cómo se alinean ambos.

Cuando están orientados de una manera, las estructuras pequeñas hacen trabajo sobre las grandes y las alimentan. Cuando están orientados de otra, las estructuras grandes hacen trabajo sobre las pequeñas.

Lo que más me gusta de esta explicación es que los investigadores no tuvieron que imaginar la turbulencia como una colección de remolinos caprichosos. Pudieron traducir la cascada a un problema mecánico. Si una fuerza y una deformación están alineadas, el trabajo que realizan entre sí tiene un signo; si están orientadas de otra manera, tiene el signo contrario.

La dirección del flujo de energía no depende solamente de “cuánta fuerza” hay. Depende también de cómo se encuentran la fuerza y la deformación.

La regla de las dimensiones tiene letra chica

El resultado no destruye la teoría clásica de la turbulencia. La cascada inversa sigue siendo el comportamiento esperado de la turbulencia bidimensional ordinaria. La cascada directa sigue siendo la habitual en muchos flujos tridimensionales.

Lo que cambia es la idea de que la dimensionalidad, por sí sola, fija de manera absoluta el sentido de la transferencia.

Los experimentos produjeron una turbulencia bidimensional débil con flujo neto de energía hacia escalas pequeñas, algo contrario a la expectativa clásica para ese tipo de sistema. No significa que todo flujo bidimensional se comporte así, sino que puede diseñarse una perturbación que lo fuerce a apartarse de su comportamiento natural.

En 2023, el equipo había mostrado que la geometría entre el movimiento de un camarón y una cizalladura de fondo podía intensificar o debilitar el flujo grande. En el trabajo publicado en 2025, la idea se volvió más general: mediante la geometría de los tensores, se podía manipular directamente la dirección de la cascada.

Del tanque a los océanos

Acá conviene bajar un poco el entusiasmo. Un tanque con una película de agua no es el océano. El flujo del laboratorio era casi bidimensional, relativamente débil y estaba cuidadosamente organizado. La atmósfera y el mar son tridimensionales, tienen muchas escalas simultáneas y están atravesados por corrientes, olas, gradientes de temperatura y obstáculos de todo tipo.

Por eso todavía no podemos afirmar que un grupo de camarones vaya a dirigir una corriente marina. Tampoco que una varilla pequeña pueda controlar cualquier turbulencia del planeta.

Sí hay una posibilidad más modesta y concreta: comprender mejor cómo organismos nadadores contribuyen a la mezcla del agua cuando se mueven dentro de corrientes preexistentes. Los océanos están llenos de animales pequeños, y sus movimientos colectivos pueden generar perturbaciones que, en ciertas condiciones, se suman en lugar de cancelarse.

El mismo principio podría ser útil en sistemas pequeños, como los dispositivos microfluídicos, donde la viscosidad dificulta mezclar líquidos. También se ha propuesto estudiar si perturbaciones pequeñas pueden modificar barreras de transporte en aguas costeras. Pero esas son aplicaciones posibles, todavía no demostraciones de ingeniería funcionando en el mundo real.

Una cuestión de geometría

Hasta donde sé, la imagen más precisa para quedarse no es la de un camarón que reescribe las leyes de la turbulencia. Es la de un camarón que mostró algo que los físicos habían pasado por alto.

En un flujo turbulento, la energía no solo pregunta cuánto movimiento hay. También parece preguntar cómo están orientadas las cosas.

Un camarón de un centímetro, una varilla o un pequeño chorro pueden cambiar el sentido de una cascada si encuentran la corriente con el ángulo adecuado. En la turbulencia, a veces no hace falta empujar más fuerte: alcanza con empujar de otra manera.