Durante más de 300 años, la tercera ley de Newton ha sido una de las ideas más conocidas de la física: para toda acción existe una reacción igual y opuesta. Es el principio que explica por qué podemos caminar, remar un bote o por qué un globo sale disparado cuando libera aire.

Pero en la naturaleza existen sistemas colectivos que no se comportan de forma tan simétrica. Un ejemplo muy visual son las bandadas de aves. Cuando un ave vuela dentro de un grupo, no necesariamente responde a todas las aves a su alrededor. Normalmente ajusta su movimiento tomando en cuenta a las aves que tiene al frente o a los lados, pero no a las que van detrás.

Eso crea un tipo de interacción en una sola dirección. En otras palabras, un ave puede reaccionar al movimiento de otra, pero esa otra no necesariamente responde de la misma manera. A este tipo de comportamiento se le conoce como interacción no recíproca.

Este fenómeno no solo aparece en aves. También puede observarse en enjambres de bacterias, células dentro de tejidos, partículas activas, multitudes de personas y otros sistemas donde cada componente responde solo a una parte de su entorno.

El problema para la física es que muchas herramientas tradicionales fueron diseñadas para sistemas recíprocos, donde las interacciones son equilibradas. Cuando las interacciones no son recíprocas, se vuelve más difícil definir una energía convencional del sistema y aplicar métodos clásicos de simulación.

Ahora, investigadores de Technische Universität Dresden, junto con científicos del Cluster of Excellence ctd.qmat y del Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, desarrollaron una nueva forma matemática de describir estos sistemas. Su trabajo fue publicado en Nature Physics.

La idea central es introducir variables auxiliares, algo así como “compañeros imaginarios” dentro del modelo. Estos no representan aves reales ni bacterias reales, sino herramientas matemáticas que permiten transformar un sistema no recíproco en uno que puede analizarse con métodos más establecidos.

En el caso de una bandada de aves, el modelo puede imaginar un “ave ficticia” asociada a cada ave real. Esta variable auxiliar permite representar la dinámica del grupo como si las interacciones fueran recíprocas, aunque en la realidad no lo sean.

El avance es importante porque permite usar herramientas de la mecánica estadística y la física de muchos cuerpos para estudiar sistemas que antes eran mucho más difíciles de simular con precisión. Esto podría ayudar a entender mejor el movimiento colectivo de animales, bacterias, células y sistemas fuera del equilibrio.

También abre una pregunta interesante para la física moderna: si las interacciones no recíprocas ya generan comportamientos complejos en sistemas biológicos, ¿podrían también producir nuevas formas de comportamiento colectivo en materiales cuánticos?

En pocas palabras, los científicos no descubrieron que Newton estaba “equivocado”, sino una nueva manera de estudiar sistemas donde las reglas clásicas no se aplican de forma tan directa. Y eso es justo lo interesante: la naturaleza no siempre se mueve como un problema ideal de libro de física.