Autor: Adolfo Vázquez Quesada.
Existen muchas especies animales que tienen alguna característica que las hace interesantes para la física. Si lo pensamos, seguro que nos vendrán a la mente algunos casos, como los cambios de color del camaleón o la fisiología de los dedos de los gekkos que les permite pegarse a las paredes, por poner dos ejemplos. Pero el caso de los gatos resulta demasiado abrumador como para no sospechar que existe algo más detrás. Estas criaturas, seguramente las más exitosas del panorama web, reúnen entre sus hábitos y sus habilidades demasiados gestos relacionados con la física como para que no sospechemos si no estarán ellas mismas interesadas en la ciencia, incluso rivalizando con los humanos en algunos campos. Por supuesto, no puedo demostrar nada, pero hay algunos indicios que deberían abrirnos un poco los ojos a esta nueva realidad. Uno de ellos es el interés que tienen los gatos por la gravedad. Si un gato ve un objeto cerca de caerse, sin pensárselo mucho lo tirará al suelo para ver cómo llega al suelo. ¿Es solo un gesto instintivo de aprendizaje animal, o un experimento para corroborar una teoría física? En el siguiente video, por ejemplo, no solo observamos un desafío de los gatos a los humanos, sino que además, el cuidado con el que el objeto es acercado al borde, indica que el gato está localizando el centro de gravedad del objeto y/o que caiga con velocidad inicial nula, lo que implica que está buscando condiciones controladas en un experimento:
Pero la gravedad no es el único área de la física en el que los gatos están interesados, como mostraremos en esta entrada. De hecho, otro de los indicios que lleva a pensar en la búsqueda de conocimiento de los gatos en la ciencia son sus experimentos sobre electricidad estática, de los que podemos ver un ejemplo en la siguiente imagen:
Gato pillado in fraganti mientras realizaba un experimento sobre electricidad estática. Dada la falta de expresividad de la cara de los gatos, no hemos podido determinar si el experimento fue exitoso o no.
Mientras buscaba documentación para esta entrada, me ha sorprendido ver que esta relación entre los gatos y la física ya ha sido detectada, este mismo año, por los editores de la revista Nature Review Physics [1]. Esto quizás dé la razón al legendario autor de ciencia ficción Phillip K. Dick, que en una conferencia expresó que las ideas están ahí y somos nosotros quienes las descubrimos, por lo que cuando una idea está cerca del conocimiento colectivo, varias personas pueden descubrirla al mismo tiempo. No obstante, creo que la condescendencia humana con otras especies está haciendo que los editores de Nature Review Physics subestimen la capacidad de los gatos en el estudio de la física.
Una prueba más contundente se da cuando hablamos del gato de Schrödinger. De este tema ya se ha hablado en este blog en otra entrada (ver el siguiente enlace: https://blogs.uned.es/hablandodefisicauned/2025/07/14/la-rebelion-del-gato-de-schrodinger/), en la que se nos explicaba que si un gato se encuentra en una caja con un dispositivo que puede envenenarlo en base a un evento fortuito, no podremos saber si el gato se encuentra vivo o muerto hasta que no abramos la caja. A mí esto me parecía obvio al principio, y desde luego no como un problema de física cuántica, sino como un problema de óptica, pues si la caja está cerrada, a ver cómo ves al gato para saber si está vivo o muerto. Pero profundizando un poco, he visto que se referían a que el gato no está ni vivo ni muerto antes de que abramos la caja, sino en un estado de superposición de ambos estados, que solo colapsará a uno de los dos estados, «vivo» o «muerto», cuando la abramos. La comparación de estos dos estados con los espines arriba y abajo que se hace en la entrada anteriormente citada es muy esclarecedora y os recomiendo consultarla, pero volvamos al tema que nos trae hoy aquí. Un indicio de que los gatos, al igual que los humanos, también están interesados en la física cuántica es que los primeros se meten en cajas, como se puede apreciar en el documento gráfico, que dejamos a continuación como prueba, y lo llevan haciendo, al menos, desde principios del siglo XIX, que fue cuando se inventaron las cajas de cartón, y quién sabe desde cuándo en otros recipientes. Eso les da a los gatos una ventaja de al menos cien años sobre Schrödinger. Aunque vista la energía que todavía gastan los felinos en sus estudios con cajas, tiene pinta de que aún no han resuelto satisfactoriamente el problema. Seguramente su avance se vea lastrado por cuestiones éticas, pues aún no se ha observado que utilicen nunca veneno en sus experimentos.
El caso anterior también evidencia algunas diferencias entre la forma en la que estudian la física gatos y humanos. Los gatos se involucran en el experimento mucho más que los humanos, pues utilizan sus propios cuerpos. Esto queda patente cuando vemos sus experimentos en mecánica. Los humanos están muy avanzados en este campo, pero aún no hacen algo que los gatos llevan ya mucho tiempo haciendo: caer siempre de pie. Este es un problema que los gatos han dominado desde tiempos inmemoriales, y que los humanos solo han conseguido entender en tiempos recientes tras unos 75 años de estudios. La idea es la siguiente: se coloca a cierta altura del suelo un gato con cabeza, panza y patas hacia arriba y se le suelta. Su velocidad angular inicialmente es nula, y sin embargo, el gato se las apaña para darse la vuelta y caer con elegancia sobre sus cuatro patas. ¿Cómo puede girar en el aire si su momento angular era inicialmente cero? ¿No incumple esto la conservación del momento angular? ¿Han conseguido los gatos transgredir una de las leyes fundamentales de la física? Uno podría pensar que la violación de la conservación del momento angular del gato se debe a que este no es un sistema aislado, pues está en contacto con el aire. Pero dicho rozamiento no es lo suficiente relevante como para que el gato cambie su propio momento angular de manera efectiva en tan corto período de tiempo. Es verdad que el giro del gato en el momento inicial es nulo, y en el momento final también, pero si está orientado hacia arriba al principio y hacia abajo al final, tendrá que haber girado en algún momento intermedio, ¿no? Este problema se resolvió completamente en 1969 [2] y el truco está en no pensar en el gato como en un objeto rígido, sino como en un objeto que cambia de forma. En concreto, en el artículo que hemos citado modelaron al gato como dos cilindros unidos por un punto y pudieron mostrar cómo, cambiando la orientación de estos dos cilindros de maneras específicas, conseguían darles la vuelta manteniendo un momento angular nulo. Desde un punto de vista más general, podríamos considerar que existe un espacio $F$ multidimensional con todas las formas posibles que pueda adquirir un cuerpo. Cuando el gato se retuerce y cambia su forma, ejecuta un recorrido en el espacio de formas $F$ que le hace llegar a la forma que adquiere al final de la caída. Por supuesto, el recorrido en este espacio de formas tiene la restricción de que el momento angular del gato debe mantenerse nulo [3].
Caída de un gato, fotografíada por Étienne Jules Marey en 1894.
Anteriormente, hemos indicado que los humanos aún no han conseguido caer siempre de pie, y aunque esto es correcto (por lo de «siempre»), sí que hubo un humano que tras el estudio de 1969 fue capaz de reproducir los movimientos de un gato para darse la vuelta en el aire. Esto tenía implicaciones para la NASA, pues estaban interesados en saber cómo hacer que los astronautas fueran capaces de cambiar su orientación en gravedad cero y sin ningún agarre, y de hecho, esa era la razón de que el estudio de 1969 estuviera parcialmente financiado por la NASA. Las siguientes imágenes son el testimonio gráfico de que la ciencia humana se puso a la par con la gatuna en este área: un gimnasta vestido de astronauta aplica todo lo aprendido de los gatos para darse la vuelta en el aire tras caer desde un trampolín.
Humano reproduciendo la caída de un gato en 1969 (Photo credit: Ralph Crane /The LIFE Picture Collection).
Pero existen más áreas de la física en las que los gatos están interesados. Uno de los campos en los que se encuentran más activos es el de los fluidos, y como ya hacían anteriormente, aquí también experimentan con sus propios cuerpos. De hecho, existe un artículo de investigación de Pongrácz, de 2024, en el que se estudian las propiedades líquidas de los gatos haciéndoles fluir a través de diferentes aberturas [4]. Efectivamente, cuando estos felinos ven una abertura por la que pueden fluir, no se lo piensan demasiado antes de realizar el experimento. En las imágenes siguientes se ven gatos rellenando el recipiente que los contiene, propiedad típica de los fluidos
Gatos en recipientes. Obtenido de [5].
De hecho, la idea de que los gatos son fluidos fue anterior a los experimentos de Pongrácz, pues algunos años antes ya se había estudiado la naturaleza líquida de los gatos. En concreto en 2014, Marc-Antoine Fardin publicó un estudio sobre la reología de los gatos [5], premiado en 2017 con el Ig Nobel de física. La reología es la ciencia que estudia los fluidos complejos. Estos se caracterizan, en contraposición a los fluidos Newtonianos que se estudian en la carrera, por tener varias escalas de tiempo relevantes en su dinámica, lo que hace que, dependiendo del régimen de flujo en el que se encuentren, fluyan de diferente manera. En concreto, según este estudio, los gatos se comportan como fluidos viscoelásticos, lo que permite explicar que a veces se comporten como líquidos (a tiempos largos) y a veces como sólidos (a tiempos cortos). Estos estudios en fluidos complejos también nos hacen sospechar que los gatos superaron la ciencia de los fluidos Newtonianos hace ya tiempo, salvo quizás por la turbulencia: aún no se ha observado a ningún gato entrar en régimen de turbulencia. A continuación se muestran algunos comportamientos típicos de los fluidos complejos en gatos:
(a-i) y (a-ii) Un gato gira de forma espontánea dentro de una jarra cilíndrica, mostrando que los gatos son, además de líquidos, materiales activos. (b) Un gato dentro de una jarra muestra el efecto de Weissenberg, típico de fluidos viscoelásticos que giran en un recipiente: la fuerza normal sobre el recipiente implica una subida del fluido en la superficie, en la región del centro de la jarra. En el caso Newtoniano el efecto sería el contrario, con una subida del fluido en la superficie en la región de las paredes. Obtenido de [5].
Vista la capacidad de experimentación de los gatos en el campo de la física, propongo que estudiemos sus comportamientos teniendo en mente que son potenciales competidores en varias áreas de investigación. En este sentido, ya existe un estudio sobre la dinámica de gatos y humanos que puede servir como punto de partida. En concreto, se trata de un estudio del campo de los sistemas dinámicos en el que se ha identificado un potencial que cuadra con el comportamiento dinámico de los gatos alrededor de los humanos [6]. Parece ser que el movimiento de cada gato alrededor de un humano es compatible con la siguiente ecuación diferencial
\begin{eqnarray}
m \frac{d^2 x}{dt^2} = -\frac{dV_{\text{gato}}(x)}{dx} – \varepsilon\frac{dx}{dt},
\nonumber
\end{eqnarray}
donde $m$ es la masa del gato, $x$ es el eje a lo largo del cual se mueve el gato (se modela como un movimiento unidimensional), y $\varepsilon>0$ es un coeficiente de fricción que depende de cada gato. El potencial $V_{\text{gato}}$ depende de un parámetro que hace que si el gato no tiene suficiente apego por el humano, tenga dos puntos estables a cierta distancia de este (los mínimos del potencial), y un punto inestable en la posición del humano (máximo local del potencial en $x=0$). Recordemos que en los puntos inestables, el gato no sufre ninguna fuerza para alejarse, pero que en cuanto cambie su posición mínimamente, se alejará mucho de dicho punto, en este caso, hasta los puntos estables. Esto significa que el gato muestra interés por estar donde se encuentra el humano, pero como este haga el más mínimo gesto, ruido o temblor, el gato se irá a su mínimo de potencial a observarlo desde cierta distancia. Cuando el gato tiene confianza con el humano, el potencial cambia y aparece un mínimo del potencial también en la posición del humano, lo que permite que este se pueda mover un poco más sin espantar al gato.
Potenciales gato-humano propuestos en [6].
En realidad, estos potenciales surgen de dos motivaciones opuestas que mueven al gato, la curiosidad y la desconfianza, y aquí es donde debemos sospechar: si tanta desconfianza tienen, ¿a qué viene toda esa curiosidad? Yo me plantearía eso la próxima vez que mi gato se pusiera encima del teclado de mi ordenador justo cuando lo estoy utilizando: ¿Es porque quiere ser el centro de atención de su dueño como hemos creído hasta ahora, o es porque sabe que puede sonsacar información de la ciencia humana desde dicho dispositivo? Da qué pensar…
Autor: Adolfo Vázquez Quesada.
Adolfo Vázquez Quesada es profesor del Departamento de Física Fundamental de la UNED
Referencias
[1] Editorial of Nature Reviews Physics volume 7, page165 (2025), https://doi.org/10.1038/s42254-025-00824-6
[2] Kane, T. R., & Scher, M. P. (1969). A dynamical explanation of the falling cat phenomenon. International journal of solids and structures, 5(7), 663-670.
[3] Batterman, R. W. (2003). Falling cats, parallel parking, and polarized light. Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 34(4), 527-557.
[4] Pongrácz, P. (2024). Cats are (almost) liquid!—Cats selectively rely on body size awareness when negotiating short openings. Iscience, 27(10)
[5] Fardin, M. A. (2014). Rheology Bulletin, 83(2), 16-17.
[6] Biasi, A. (2024). On cat–human interaction from the viewpoint of physics: An equation of motion. American Journal of Physics, 92(11), 827-833.