Torbellinos y tubos, un diálogo

CONVERSACION CON EL FISICO JOSE EDUARDO WESFREID

No es nada fácil la cosa. El jinete pregunta por la no linealidad y necesita de todo su ingenio para comprender bien las respuestas. Es que la no linealidad tiene sus bemoles, aunque José Eduardo diga que nos protege. El jinete quiere refugiarse en un mundo sin empiria.

–Usted es un burócrata del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, Francia).

–Soy un investigador del CNRS que trata de no burocratizar su trabajo. Soy un investigador que hace física experimental de mecánica de fluidos, pero que también dirige un laboratorio relativamente grande, en el cual somos unas 80 personas. O sea que hay una parte importante de lo cotidiano que también es organizativa. Trato de ser lo menos burocrático posible en la organización del laboratorio. Por ejemplo: todos los jueves a las 13.30 tomamos un café en el que yo transmito toda la información más burocrática y administrativa; inmediatamente después de eso hacemos un seminario interno que precede al seminario más grande. Es decir que cuando hacemos burocracia intentamos que sea tapada inmediatamente por la ciencia.
–¿Y qué se hace en ese laboratorio?
–Es un laboratorio de física y mecánica. En realidad la mecánica, en el fondo, se considera parte de la física, aunque en la tradición francesa se la piensa como una ciencia aparte, muy próxima a la matemática aplicada. Teniendo en cuenta esa tradición, tuvimos que tener en cuenta esas dos palabras.
–¿Y esas dos palabras qué significan?
–Somos físicos que hacemos mecánica de fluidos y de sólidos. Y yo diría: hacemos mecánica física. Nosotros fuimos un laboratorio bastante pionero en Francia, por estudiar esa interfase entre la física y la mecánica, o por hacer cosas que a veces hacían los ingenieros pero con ojos de la física.
–Y en mecánica de fluidos ¿qué hacen? A mí no me gusta nada la mecánica de fluidos, porque es no lineal...
–Eso es interesante. Es una de las físicas más no lineales que existen.
–Debería prohibirse lo no lineal.
–Es que lo no lineal es un mecanismo de la naturaleza para impedir que las cosas se vayan al demonio.
–Yo siempre pensé al revés, siempre pensé que era algo que hacía que las cosas se fueran al demonio.
–No. Es un mecanismo que estabiliza. Fíjese qué contradicción. Lo lineal es lo que produce el grueso de las inestabilidades. Hay sistemas que son inestables y que llegan a situaciones en que quieren explotar: esa situación de equilibrio que tienen se rompe y llegan a una inestabilidad. Cuando se estudian linealmente esas inestabilidades, lo que hay es una explosión, un crecimiento exponencial. Gracias a la no linealidad, que inmediatamente genera mecanismos, las cosas no explotan.
–Me gustaría que explicaras qué significa lineal y qué significa no lineal, antes de seguir con todo esto. Lineal es que un cambio en las variables produce un cambio lineal en la solución: dos kilos de papas cuestan el doble que un kilo de papas.
–Lo que tiene de importante la no linealidad en mecánica de fluidos es que genera un espectro más ancho. Si mi sistema oscila con una cierta frecuencia, la no linealidad va generando otros tiempos u otras escalas. Entonces uno va llenando las escalas de tiempo y espacio de forma más completa. Y eso es lo que estabiliza; eso es lo que interesa para la mecánica de fluidos. A mí las definiciones matemáticas de lo que es la linealidad y la no linealidad no me sirven para explicarle lo que quise decirle. Volvamos al ejemplo que le había puesto. Cuando le dije que gracias a la no linealidad las cosas no se van al demonio, lo que quise decir es que gracias a que el sistema, que tiene una cierta escala (por ejemplo, oscila en el tiempo), gracias a esos mecanismos complejos de acoplamientos, se genera no sólo que se oscile más rápido sino también genera frecuencia cero. Y esta es una de las claves de nuestra práctica. Se crean campos medios que modificaron el problema inicial. Teníamos un flujo con un perfil, se pusieron en movimiento torbellinos, ondas, celdas, y esos torbellinos van generando otras escalas, incluida la escala de las cosas estacionarias (en el tiempo) u homogéneas (en el espacio). Eso quiere decir que el flujo inicial, que estaba inestable, que hacía explotar las cosas, ahora ya no es más tan perturbador: ese modo lo hace más suave, más dulce. Entonces, no se va al demonio y no explota.
–Explique la palabra “explotar”.
–Vamos con un ejemplo. Una simple modulación de una interfase. Usted la perturba un poquito y, como de un lado la presión es más grande que la otra, esa perturbación crece, crece y crece. Pero no se convierte en un tsunami siempre. ¿Por qué no se convierte en tsunami siempre, si linealmente tendría que seguir creciendo? O bien porque hay mecanismos externos que la están frenando, o bien porque el propio sistema, mientras quiere ir explotando, genera esas escalas que lo van frenando.
–Y usted trabaja en eso.
–Sí. Yo trabajo en la versión experimental de la comprensión de esos mecanismos. Yo encuentro un gran placer en hacerlo experimentalmente; en gran parte porque las escalas son grandes: son tamaños de dimensión humana, lo cual permite que una gran parte de mis aparatos de medida sean ópticos. Son métodos que aunque sean sofisticados son conceptualmente simples. Nosotros estudiamos los fenómenos en forma muy fina, con experimentos que tratan de ser lo más sencillos posibles. Una vez que aislamos el fenómeno básico que nos interesa, intentamos realimentar la teoría, confirmarla, ponerla en discusión, a veces podemos completar el estudio con simulaciones numéricas. Yo personalmente pienso que lo numérico tiene que estar muy vinculado con lo experimental...
–Lo numérico puede introducir un error peligroso cuando la cosa es no lineal, ¿no?
–Sí, obviamente hay fenómenos muy fuertemente no lineales que son difíciles de seguir numéricamente. El problema más delicado que tuvimos con la mecánica de fluidos numérica fue que durante muchos años las computadoras sólo nos permitían estudiar fenómenos en dos dimensiones. Y lamentablemente la mayor parte de la mecánica física es tridimensional. La mecánica de fluidos numérica, hasta la década del ’90, en lugar de hacer adelantar la comprensión de los fenómenos la retrasó, porque no tenía capacidad de observación tridimensional (que sí se tenía desde lo experimental). Y eso tiene mucho que ver con una de mis especialidades, quizá la más fuerte, que es el estudio de estructuras coherentes tridimensionales que aparecen en los fluidos: torbellinos, tubos que giran generalmente en la dirección del movimiento del fluido. Para completar, le diría que lo que yo hago esencialmente es tratar de comprender la estabilidad de ese movimiento tridimensional, que va desde lo que está pasando en la turbulencia al lado de una pared, cuando el fluido bien pegado a la pared es una fuente de turbulencia muy grande que está llena de esos pequeños “gusanitos” (torbellinos tridimensionales) y que no sólo están en este fenómeno sino que también forman parte de las estructuras coherentes que hay detrás del auto que usted maneja, de los trenes, y que nos hacen consumir mucha energía.
–Hemos llegado hasta aquí y debo confesarle que no me convenció. A mí me gustaría vivir en un universo lineal y sin empiria.
–Debo confesar que ante su diatriba anti-no linealidad yo le oculté algo. Lo que no le dije es que lo no lineal no solamente sirve para conservar, sino que también hace su trabajito para llevar las cosas al demonio.
–¡Yo le dije! El problema de todo esto es que exista la empiria...

Imagen: Arnaldo Pampillón