Bandos de pássaros, enxames bacterianos e até grupos de células vivas podem apresentar comportamentos que parecem contrariar uma das leis mais conhecidas da física: a terceira lei de Newton. Pesquisadores da Universidade Técnica de Dresden desenvolveram uma teoria capaz de explicar esses fenômenos e reproduzi-los com muito mais precisão em simulações computacionais.

Os resultados foram publicados na revista Nature Physics e oferecem uma nova forma de descrever sistemas nos quais a relação clássica entre ação e reação não ocorre da maneira tradicional.

A descoberta pode ajudar cientistas a compreender melhor desde o voo coletivo de aves até processos biológicos complexos e comportamentos observados em materiais quânticos.

O comportamento que desafia a terceira lei de Newton

A terceira lei de Newton estabelece que toda ação produz uma reação de mesma intensidade e em sentido oposto. Esse princípio está presente em diversas situações do cotidiano, como caminhar, remar ou impulsionar um veículo.

No entanto, alguns sistemas naturais parecem não seguir essa regra de forma rigorosa. Em um bando de pássaros, por exemplo, cada ave costuma reagir apenas aos indivíduos que estão ao lado ou à frente. Os pássaros que voam atrás exercem pouca ou nenhuma influência sobre seus movimentos.

O mesmo padrão pode ser observado em enxames de bactérias, multidões humanas e grupos de células em tecidos vivos. Nesses casos, as interações acontecem de forma desigual, criando o que os físicos chamam de interações não recíprocas.

Esse comportamento representa um desafio para os modelos tradicionais da física, que foram desenvolvidos com base em sistemas onde ação e reação permanecem equilibradas.

A teoria que resolve um problema antigo da física

Para superar essa limitação, os pesquisadores criaram uma nova estrutura matemática capaz de representar interações não recíprocas utilizando ferramentas já consolidadas da física teórica.

A equipe liderada por Marín Bukov e Ricard Alert desenvolveu um método que amplia os modelos tradicionais sem abandonar os princípios matemáticos usados para descrever sistemas convencionais.

Segundo os autores, a abordagem permite estudar fenômenos complexos que antes eram difíceis de simular, aumentando significativamente a precisão dos resultados.

A solução encontrada pelos cientistas envolve a criação de elementos matemáticos auxiliares que não existem na natureza. Cada componente real do sistema recebe um parceiro fictício responsável por transformar interações unidirecionais em relações que podem ser tratadas pelos modelos físicos tradicionais.

No caso de um bando de pássaros, por exemplo, o modelo adiciona artificialmente uma ave imaginária associada a cada pássaro real. Esses elementos extras não representam animais de verdade, mas permitem descrever matematicamente as interações de forma muito mais eficiente.

De acordo com os pesquisadores, essa estratégia torna possível aplicar técnicas já conhecidas da física a sistemas que antes pareciam escapar das leis convencionais.

Impactos que vão além dos bandos de pássaros

Além de melhorar a compreensão sobre o comportamento coletivo de aves, bactérias e células, a nova teoria pode ter aplicações em diferentes áreas da ciência.

Simulações mais precisas podem ajudar pesquisadores a entender melhor como multidões se movimentam, como tecidos biológicos se organizam e como determinados sistemas naturais respondem a mudanças no ambiente.

A descoberta também desperta interesse na física quântica. Segundo os autores, um dos próximos desafios será investigar se interações não recíprocas podem gerar formas inéditas de comportamento coletivo em sistemas quânticos.