Los gradientes son diferencias espaciales de las propiedades de algunos sistemas, que forman flujos dirigidos de los componentes (materia), energía o información del sistema. Las propiedades pueden ser escalares o vectoriales. Si la propiedad en cada punto espacial se puede expresar como un número único, se llama campo escalar.

La distribución espacial de la energía, temperatura, presión, humedad, concentración, altura, densidad son ejemplos de campos escalares. El único campo escalar fundamental conocido hasta la fecha es el llamado campo de Higgs, que proporciona masas a las partículas elementales. El gradiente de estos campos escalares produce flujos o campos vectoriales que generan movimientos direccionales en cada punto espacial. Si el campo escalar es homogéneo (tiene el mismo valor) en todo el espacio, entonces no emerge ningún flujo. Es simétrico porque cada punto en el espacio es el mismo que cualquier otro. Siempre hay un gradiente cuando alguna propiedad se distribuye de forma desigual en el espacio. Entonces, la simetría anterior se rompe y se forman movimientos dirigidos y fuerzas.

Los gradientes son importantes contextos que forman restricciones en el comportamiento del sistema. La velocidad de un fluido en cada punto espacial es un ejemplo de un campo vectorial. Las fuerzas gravitacionales y electrostáticas son gradientes espaciales de potenciales gravitacionales y eléctricos. Son campos vectoriales. Por ejemplo, si hay más potencial gravitatorio en algún lugar que en otro, existe una fuerza que empuja el sistema hacia el lugar de potencial más bajo y crea movimiento. El comportamiento colectivo dirigido de las moléculas de agua que forman la lluvia, la nieve, los ríos y las cascadas se forma debido a los gradientes gravitacionales, es decir, los campos vectoriales. Las diferencias de carga eléctrica en algunos lugares también forman un gradiente, que lleva un flujo de la electricidad hacia la menor concentración de electrones. Surge una corriente eléctrica como un comportamiento colectivo dirigido.

Las baterías de nuestros teléfonos móviles, computadoras y vehículos deben contener gradientes para que estos dispositivos funcionen. El flujo colectivo que llamamos relámpago utiliza la misma pendiente entre las nubes y el suelo para emerger. Los gradientes de temperatura y presión forman el comportamiento colectivo dirigido de las moléculas de aire que llamamos viento.

Los gradientes son de suma importancia para la vida. Para ver esto es suficiente recordar que la evolución ha descubierto y estabilizado el uso de bombas de sodio y potasio para permitir el mantenimiento de gradientes electroquímicos a través de las membranas celulares. Los gradientes electroquímicos son cruciales para los procesos metabólicos en nuestras células. Los gradientes de presión y concentración en nuestras células permiten el intercambio de gases y nutrientes a través de los capilares. Las diferencias entre nuestro estado actual y los estados previstos forman gradientes que nos ponen en acción. Los gradientes de alimentos, riqueza y calidad de vida forman flujos migratorios de bacterias (quimiotaxis) y seres humanos. Por ejemplo, similares a los gradientes de alimentos y bacterias, los gradientes financieros y de calidad de vida crean flujos migratorios de seres humanos de países, clubes deportivos, universidades e institutos científicos con bajos niveles de interés hacia aquellos con un alto nivel económico. Los gradientes informativos forman los flujos de información de las fuentes que contienen la información necesaria para aquellos que tienen hambre de información. Todos estos flujos tienden a borrar las diferencias, anular los gradientes y formar homogeneidad espacial. Afortunadamente, hasta ahora, siempre hay procesos que forman contextos en los que se forman nuevos gradientes en diferentes escalas espacio-temporales (como se muestra en los ejemplos anteriores). Estos gradientes permiten el flujo de vida en la Tierra.

Robert Hristovski 07.12.2015

Traductora: Maricarmen Almarcha