MATEMÁTICAS, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

MATEMÁTICAS, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

1. ESENCIA Y PAPEL MULTIDISCIPLINAR DE LAS MATEMÁTICAS Los matemáticos suelen decir que la esencia de las Matemáticas está en la belleza de los números, figuras y relaciones, y hay una gran verdad en eso. Pero la fuerza motriz de la innovación matemática en los siglos pasados ha sido el deseo de entender cómo funciona la Naturaleza. Este aspecto es pocas veces mencionado. Las matemáticas son, por una parte, una disciplina intelectual autónoma, uno de los más claros exponentes de la capacidad creativa de la mente humana. Al tiempo, han jugado un papel fundamental en la ciencia moderna y han influido en ella y han sido influidas por ella en forma esencial. Las matemáticas forman, junto con el método experimental, el esquema conceptual en que se basa la ciencia moderna y en el que se apoya la tecnología, con íntimas interacciones entre sí. Sobre estas bases se gestó hace casi cuatro siglos la sociedad industrial y se construye en el presente la naciente sociedad de la información. He aquí planteadas muy brevemente dos concepciones que simbolizan distintas maneras de ver el gran edificio que son hoy día las matemáticas. Estas opciones se reflejan en las denominaciones de Matemática Pura y Aplicada. Pero entonces, ¿es que existen dos Matemáticas diferentes? De ser ello cierto, ¿pueden existir o existen de hecho una sin la otra? En el presente artículo veremos que hoy como ayer ambas son caras de la misma moneda, a veces tan distintas, a veces tan semejantes. Vayamos por partes pues la cuestión interesa a la ciudadanía y el caos es notable. Una primera dimensión de las matemáticas es en efecto el aspecto puro, interno o íntimo. Es natural que los matemáticos profesionales tiendan a ver el conjunto desde el punto de vista del edificio en sí mismo, con sus postulados, conjeturas, lemas y teoremas, con sus intuiciones y sus métodos de demostración, con sus áreas seculares: aritmética, álgebra, geometría y análisis, y los nuevos retoños: estadística, cálculo de probabilidades, lógica matemática, computación, ...Más aún, la matemática es un arte que aspira a hallar y manifestar la belleza que le incumbe en forma de axiomas, teoremas y relaciones lógicas o numéricas; ella atrae al investigador por su perfección lógica, por ser una de las muestras más claras de la capacidad analítica de la razón humana, por imponer orden y armonía en lo que se nos aparecía como caos. Esta es la dimensión más próxima al investigador y tiene como todo arte puro una fascinación que hace que los profesionales le dediquen una parte enorme y exclusiva de sus vidas. Grandes sabios han visto incluso en las matemáticas un mundo de orden más perfecto que el mundo físico de todos los días, desde Pitagoras y Platón a Gauss. En sus fabulosos 13 libros de Los Elementos, Euclides de Alejandría (325-265 a.C.) estableció a la vez la teoría y las reglas de un juego que sigue sus pautas hoy como hace 22 siglos. Tal es su influencia intelectual que en elsiglo XX los matemáticos asociados bajo el nombre de guerra de Nicolas Bourbaki osaron repetir la histórica gesta con unos actuales Elements de Mathématique (y una cierta división de público y crítica). ¿Es éste el cuadro completo de la Matemática? Para muchos sí. Para nosotros en absoluto, pues, gracias a Dios, la Matemática es mucho más, hay un modo totalmente distinto de verla y de hacerla que queremos presentar. Junto al método experimental son la base sobre la que se ha edificado la ciencia moderna y, en consecuencia, el desarrollo tecnológico. Empapan hoy día todos los aspectos de la sociedad contemporánea, desde la ingeniería a la información y las finanzas, sin olvidar el movimiento de las disciplinas sociales hacia el estatus de ciencias, que en otras palabras y con las debidas salvedades quiere decir el uso en estas disciplinas del método matemático. La importancia 2 práctica de las matemáticas en la ciencia es indiscutible e indiscutida a un cierto nivel, pues los protagonistas de la aventura científica tienen pocas dudas del valor instrumental de algunas matemáticas. Una parte cuantitativamente muy importante de las matemáticas que se enseñan en nuestro país en las universidades está destinada a la formación de ingenieros, físicos, químicos, informáticos, economistas y profesionales de otras varias disciplinas. En realidad el papel "aplicado" de las matemáticas va mucho más allá, es más esencial. En efecto: a) las matemáticas han jugado desde el principio un papel fundamental en la formulación de la ciencia moderna; una teoría científica es una teoría que dispone de un modelo matemático adecuado; b) las matemáticas que se pueden aplicar hoy día abarcan todos los campos de la ciencia matemática y no algunos especiales; se trata de matemáticas de todos los niveles de dificultad y no sólo de resultados y argumentos sencillos; c) las ciencias exigen hoy como ayer nuevos resultados de la investigación y plantean nuevas direcciones a ésta, pero el ritmo de la sociedad contemporánea hace los plazos sustancialmente más cortos y la exigencia más urgente; d) la capacidad del cálculo científico ha hecho de la simulación numérica un útil imprescindible en el diseño y control de los procesos industriales. En este artículo nos ocuparemos de exponer este aspecto en que la matemática es el lenguaje en el que se escriben las páginas de la ciencia y gracias al cual se desarrolló el combinado cienciatecnología que ha cambiado la vida del ciudadano de las sociedades tecnológicamente avanzadas en los últimos cuatro siglos de manera más radical de lo que la revolución neolítica lo había hecho en los noventa siglos anteriores. Pues detrás de la práctica diaria de las ciencias físicas y las ingenierías hay enormes cantidades de matemáticas no elementales; más aún, los conceptos en que se basan las teorías correspondientes son esencialmente conceptos matemáticos. En los últimos decenios hemos visto la matematización llegar a otras disciplinas, como la economía, muy especialmente el mercado financiero, ramas de la química, la biología y la medicina, y hasta las ciencias sociales. En manos del científico la matemática ha de permitir asimilar los datos y comprender los fenómenos. En manos del ingeniero ha de permitir además tomar decisiones y realizar diseños. Esta visión es lo que a falta de un nombre mejor llamamos Matemática Aplicada, que cubre áreas clásicas como la Física Matemática y los Métodos Matemáticos para la Ingeniería, pero que tiene hoy día contornos más amplios con el advenimiento de la computación científica y la simulación numérica. Señalemos que hay aún otras visiones complementarias de las matemáticas: su aspecto cultural, su importancia en la enseñanza como vehículo del pensamiento racional, su importancia para comprender el mundo diario (las "matemáticas para el hombre de la calle"), su aspecto de juego intelectual. Es al mismo tiempo la ciencia de lo exacto y el cálculo de lo probable. Es la ciencia del razonamiento abstracto y simbólico. Es también hoy día sinónimo de virtuosidad computacional, de capacidad y efectividad para procesar información, tan importante en el mundo que se gesta. Es por un lado el científico que trabaja con un trozo de papel y por otro el mundo de la modelización, cálculo y control de procesos industriales. Todo ello forma también parte del múltiple legado de las matemáticas. Volvemos a continuación nuestra atención hacia el pasado y presente de la Matemática Aplicada. Al lector le puede resultar útil evitar en una primera lectura la información complementaria contenida en las notas.

2. UN SUEÑO RENACENTISTA. HEREDEROS DE LEONARDO, GALILEO Y NEWTON Dos grandes figuras fijaron el papel estelar de las matemáticas en los momentos en que nacía la ciencia moderna. Galileo lo formuló, Newton lo demostró. Habría que añadir que el genio universal de Leonardo da Vinci lo intuyó un siglo antes1 . Una pléyade de grandes matemáticos, los héroes de nuestra historia, les siguió. Los matemáticos que se ocupan de la aplicación de su arte se asoman al futuro verdaderamente sobre los hombros de gigantes2 . Vayamos por partes: es cierto que desde la más remota antigüedad las matemáticas han estado relacionadas, más aún motivadas, por problemas prácticos, como el pueblo llano sabe pero mucho intelectual olvida: la aritmética proviene de la actividades de contar y sumar, la geometría de medir líneas, superficies y cuerpos. Pero también es cierto que la matemática como ciencia lógico-deductiva, tal como fue elaborada y nos fue legada por los griegos de Pitágoras a Euclides, tuvo una base netamente intelectual, digamos ideal, que siempre ha conservado desde entonces y que es parte fundamental de la matemática pura, es decir, de las matemáticas en sí mismas. Este proceso intelectual vive en su propio mundo y no debe nada de su mérito o belleza a la posible utilidad o aplicación práctica, no más que un poema o un cuadro. Un silogismo fácil y frecuente llevaría de aquí a concluir que la auténtica matemática vive esencialmente ajena a la aventura de la ciencia y la tecnología. Este silogismo es falso por mucho que haya sido sostenido por no pocos matemáticos. Muy al contrario, la historia nos muestra que la simbiosis con la ciencia y la tecnología ha sido fundamental y fructífera y que las matemáticas deben mucho de su ser actual y de sus temas estrella a sus compañeras de aventura, y éstas a ella. La ciencia moderna surgió en Europa como es sabido al final del período del Re- nacimiento. No se basa sólo en las matemáticas. La columna fundamental del edificio en germen fue formulada por el filósofo y político inglés Francis Bacon hacia 1620 y consiste en el método experimental. El objeto preferente de la filosofía se orienta hacia la Naturaleza, que debemos leer y comprender, y eventualmente controlar; la observación es el medio para la comprensión y el experimento es el test de nuestras predicciones. Las ciencias se formaron alrededor de este método, primero la física, luego la biología, la geología, la química. Las matemáticas son desde el principio el otro pilar de las ciencias. Fue Galileo Galilei (1564- 1642) quien más claramente señaló a principios del siglo XVII ese rumbo para las nacientes ciencias, y a él se debe la famosa cita de su obra "El Ensayador" que reproducimos así: "La filosofía está escrita en ese grandísimo libro que tenemos delante de los ojos, es decir, el Universo, pero no se puede entender si antes no se aprende a entender la lengua, a conocer los caracteres en que está escrita. Está escrita en lengua matemática y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas...". Las famosas palabras no suelen imprimirse en su italiano (toscano) original y hay quien duda de su existencia. Helas aquí: “La filosofia è scritta in questo grandissimo libro che continuamente ci sta aperto innanzi agli occhi (io dico l'universo), ma non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri ne' quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intendere umanamente parola, senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro labirinto” ("Il Saggiatore", 1623).

La actitud de Galileo no dejaba de tener precedentes, siendo quizá los más notables Arquímedes en la Antigüedad y Leonardo da Vinci (1452-1519)4 un siglo antes, pero su formulación fue decidida y puesta en práctica y sucedió en el contexto histórico justo; socavó en sus bases el aristotelismo y la escolástica hasta entonces imperantes, fructificó oportunamente y los científicos nos reconocemos en ella. En efecto, las filosofías son poca cosa si se quedan en palabras y polémicas, si no se realizan. La gloria del siglo XVII reside en una serie de grandes filósofos-científicos (llamados en aquel entonces filósofos naturales) que sin olvidar la metafísica se lanzan decididamente por el camino del conocimiento de la naturaleza y de la invención matemática: René Descartes estudia los principios del razonar y también la mecánica y el universo, liga la geometría al álgebra y escribe el "Discurso del Método"; Blaise Pascal escribe sus "Pensées" pero también investiga los principios de los fluidos (la presión), la geometría, el cálculo y las probabilidades. Y así otros, como Pierre de Fermat, Edmond Halley, Christiaan Huygens, Gottfried W. Leibniz, cuya hoja de servicios como matemático y como filósofo es excelente. Pero el siglo tiene su cima en la presencia de Isaac Newton (1642-1727), quien demuestra el éxito incontestable de la propuesta de Galileo aplicada a la mecánica. Ataca los problemas básicos debatidos durante el siglo y a) concluye que el movimiento de los cuerpos sigue una simple ley matemática que liga la segunda derivada del espacio a un ente invisible pero real, la fuerza; en clave matemática,

F = m · a

b) al aplicar esta teoría a los cuerpos celestes, concluye que se mueven en sus órbitas de acuerdo con la fuerza de atracción universal. En concreto, F = Gmm1 /r2 . Para sustentar matemáticamente los movimientos que resultan de estas leyes descubre el cálculo infinitesimal y resuelve las ecuaciones diferenciales. Más aún, la formulación de sus leyes no es posible sin los nuevos conceptos alumbrados por el Cálculo Diferencial e Integral, que es inventado con este fin combinando las intuiciones de la mecánica y la geometría, y lleva los nombres de Newton y Leibniz. Es un viaje maravilloso. En 1687, cuando se publican los Principia5 , la Mecánica queda establecida sobre las bases que aún hoy tiene. Las matemáticas no son sólo un útil imprescindible, son el lenguaje en que se concibe y se expresa la ciencia, por algo figuran en el título. Tienen ante sí un enorme período de desarrollo para cumplir con la tarea fundamental que les incumbe. En adelante, la descripción de la dinámica y la evolución de los sistemas mecánicos serán parte esencial de las matemáticas.

NEWTON Para comprender la grandeza del legado de Newton, para muchos el científico más influyente en la historia de la humanidad, añadamos algunos datos complementarios. En su haber consta no sólo la fundamentación de la Mecánica y la Astronomía, del Cálculo Diferencial e Integral y las Ecuaciones Diferenciales; también estudió la naturaleza de la luz, fundamentó la Óptica y contribuyó notables avances técnicos como el telescopio de refracción. y además estudió los fluidos (que se llaman hoy día newtonianos), explicó el funcionamiento de las mareas, calculó la velocidad del sonido... Su prestigio entre los contemporáneos fue enorme y los más brillantes filósofos del siglo XVIII (Hume, Kant, Voltaire6 ) estudiaron su obra y pensaron en ampliar su fabuloso éxito a todos los campos de la filosofía, tarea que resultó ser de una dificultad superior, en ella estamos aún. Con todo su éxito, a una persona como Newton no se le escapaba la inmensidad de la tarea de comprender la naturaleza. En uno de sus pensamientos más celebrados se expresa así: "No se lo que voy a parecer al mundo; pero para mi mismo soy sólo como un muchacho que juguetea a la orilla del mar y que se divierte aquí y allá encontrando un guijarro más pulimentado, mientras el gran océano de la verdad se extiende entero sin descubrir delante de mí".

3. MATEMÁTICAS, CIENCIAS Y TECNOLOGÍA: UN VIAJE HISTÓRICO COMPARTIDO Tres siglos transcurridos desde entonces han permitido llenar una parte de ese océano de verdad, ciencia y matemáticas. Con teorías, razonamientos y experimentos han avanzado la ciencia y la tecnología, base de la Revolución Industrial. Como consecuencia, la sociedad del siglo XX ha cambiado respecto al siglo XVII más radicalmente de lo que había sucedido en los últimos miles de años, desde el advenimiento de las grandes civilizaciones agrícolas: las comodidades de la casa, el transporte, las comunicaciones, la salud del hombre actual reposan sobre bases desconocidas para el hombre del siglo XXVII. Empezando por G.W. Leibniz, gran filósofo y rival de Newton en la célebre y un poco triste "disputa del cálculo", una serie de brillantes matemáticos (diríamos físico-matemáticos, como la familia Bernoulli, Euler, D'Alembert...) explotarán las potencialidades del nuevo cálculo y formularán toda clase de problemas de la mecánica: problemas de tiro, de caída de cuerpos, de movimiento de fluidos, de vibraciones mecánicas, problemas de minimización,... Algunas de las glorias y penas de las matemáticas como lenguaje de la mecánica se pueden observar en el estudio de los fluidos, cuya teoría sistemática eludió al mismo Newton. Pues lo difícil de esta teoría es dar con las hipótesis exactas que permitan matematizar este aspecto de la tal cual es7 . Hacia el año 1738 Juan y Daniel Bernoulli establecen la Hidrodinámica teórica sobre la base ideal de los fluidos perfectos. El estudio lo prosigue Euler, que escribe las famosas ecuaciones (1755) cuya solución analítica se muestra inabordable en el momento. Más aún, J.L.R. D'Alembert expone las limitaciones de la idealización implícita en el modelo de fluido perfecto al mostrar que un obstáculo sometido a un "viento perfecto" no sufriría empuje neto alguno. Y es que la mecánica teórica no trata de la Naturaleza, que es esquiva en su pura esencia a nuestra curiosidad, sino del modelo matemático que logramos hacernos de ella. Sólo el acuerdo experimental nos permite decir que una teoría es buena, pero nunca que es perfecta8 . A pesar del fracaso relativo en los fluidos, cuando termina el siglo una sensación de optimismo invade las mentes de los mejores matemáticos-mecánicos, como Joseph Louis Lagrange o Pierre Simon de Laplace. Este publica su monumental libro de "Mécanique celeste" (1788). Piensa que el universo funciona como un reloj (determinismo) y declara que la mayor parte de los problemas matemáticos importantes estaban planteados y resueltos, o lo serían en breve. Afortunadamente, la historia se encargaría de desmentir al gran hombre. ¿No recuerda ésto algunos debates recientes en la física o en la historia? Durante el siglo XIX, por otra parte, se desarrolla de forma importante e inesperada la relación entre la física y las matemáticas, con varios exponentes realmente significativos a este respecto: • Electricidad y magnetismo: de Michael Faraday a J.C. Maxwell, experimentos y leyes parciales cubren un camino que cuenta con los nombres de Gauss, Ampere, Biot, Savart, Lenz,... hasta llegar al sistema de ecuaciones diferenciales que liga a los campos eléctrico y magnético (1863), obra cumbre de James Clerk Maxwell9 , que pone a esta nueva rama de la ciencia, cuya existencia era insospechada un siglo antes, a la altura en que dejó Newton la mecánica.

Poco después, Heinrich R. Hertz predice y descubre ondas electromagnéticas no visibles (ondas de radio, 1888), y Guglielmo Marconi descubre la telegrafía sin hilos, es decir la radio (1895), introducción al mundo de las comunicaciones, que es el alma del siglo XX. Por otra parte, se plantea la incompatibilidad con la mecánica de Newton de la que hablaremos en un momento. Quede dicho esto sobre las consecuencias de la formulación matemática en la evolución de la ciencia. .

• Los fluidos reales, de Claude Louis Navier a George Gabriel Stokes, 1821-1856, y después. La ecuaciones de Navier-Stokes describen los fluidos reales y gobiernan el comportamiento de los problemas de la atmósfera (clima, meteorología, hidrología, la futura aeronáutica). La formulación correcta de las ecuaciones del movimiento de los fluidos reales habrá pues tardado 180 años, tras los intentos primeros de Newton. Una serie de nombres ilustres como matemáticos figuran entre los modelizadores, como S. Poisson y J. C. Saint Venant, así como el médico J. L. M. Poiseuille, que se ocupa del flujo sanguíneo. Lord Kelvin y H. Helmhotz ponen las bases del estudio matemático de los fluidos vorticosos. La correcta comprensión matemática de los fluidos turbulentos, ya mencionados por Leonardo, es aún un problema abierto.

• La termodinámica, que estudia los intercambios de calor es fundamentada matemáticamente por James Joule, Saadi Carnot, J.R. Mayer,... Tiene una profunda repercusión sobre el cálculo con derivadas parciales y el concepto de diferencial exacta. A esta teoría pertenece la ley de crecimiento de la entropía, típica ley matemática cuya interpretación práctica preocupa a generación tras generación de estudiosos10.

• Por último y para no alargar la lista, mencionemos la mecánica estadística, asociada a los nombres de J.C. Maxwell, L. Boltzmann y W. Gibbs, que dan un vuelco a una rama de las matemáticas que había permanecido un tanto al margen de esta aventura científica: el cálculo de probabilidades. Esta idealización matemática del azar había sido elaborada en el fabuloso siglo XVII (ca. 1650) por B. Pascal, P. Fermat y C. Huygens para comprender los juegos de azar, y avanzada luego por Buffon, Bernoulli, Moivre y Laplace entre otros. De repente el concepto de probabilidad cobra vida para la ciencia física a la hora de modelar el comportamiento de cantidades enormes de partículas. Veamos por qué: están sujetas evidentemente a las leyes de la mecánica (Newton), pero si el número de Avogadro11 es aprox. 6 x 1023 será imposible seguir sus trayectorias individuales. La mecánica estadística propone un comportamiento medio. ¡De ella es inmediato predecir la relación de la temperatura con la energía y la presión para un gas perfecto! El avance de la matemática pura. Existen campos de investigación, por otra parte, en que las matemáticas toman claramente el relevo a la física en la tarea de extraer el jugo de un concepto. Esto sucede con el problema de representación de una función como una suma de funciones simples, resuelto por Brook Taylor y Colin McLaurin para las sumas de potencias y planteado por Daniel Bernoulli (1753) y Leonhard Euler para las sumas sinusoidales que aparecen en las ecuaciones de ondas y el calor. Es gracias a la insistencia de Joseph Fourier (1822)12 que los matemáticos se adentran en la aventura de dar un sentido a las sumas de funciones sinusoidales generales y así se desarrolla gran parte de la teoría de funciones y nace el análisis funcional, muy en particular el análisis de Fourier. El teorema fundamental de sumación de series de Fourier se debe a Lennart Carleson, 1966, y necesita la maquinaria del análisis del siglo XX. Dos figuras fundamentales abarcan las matemáticas en su doble aspecto puro y aplicado: Johann Carl Friedrich GAUSS y Georg Friedrich Bernhard Riemann. El primero es considerado el Princeps Mathematicorum y sus intereses matemáticos eran universales pero su reina era la teoría de números. Hora bien, también era el director del observatorio astronónico de Gotinga. El segundo es bien conocido como autor de la hipótesis sobre los ceros de la ``función zeta" (Hipótesis de Riemann} cuya demostración es quizá el problema abierto de las matemáticas más famoso al entrar el siglo XXI, tras la reciente resolución de la conjetura de Fermat. La hipótesis de Riemann afirma que las soluciones (o ceros) interesantes de la ecuación ζ(s) = 0 están situadas sobre una misma línea recta en el plano complejo, precisamente la de ecuación Re(s)=1/2. ¡Esto se ha verificado para las primeras 1,500,000,000 soluciones! Una prueba de que esto es verdad para toda solución aclararía muchos misterios, desde la distribución de números primos a la física teórica. Riemann fue un investigador de mente geométrica que ligó la suerte del análisis complejo a las transformaciones conformes y pensó enlos espacios generales de varias dimensiones definidos a partir de su geometría local\footnote{Su famoso artículo "On the hypotheses which lie at the foundations of Geometry", 1854. Hoy día llamamos a esas geometrías riemannianas y son la base a partir de la cual se construye la física teórica, en particular la relatividad. Pues bien, el mismo Riemann estudio la propagación de gases compresibles y llegó a la conclusión de que el modelo matemático (un sistema de ecuaciones en derivadas parciales no lineal de tipo hiperbólico, para quien desee el detalle} entendido en el sentido de las soluciones clásicas era contradictorio (porque preveía líneas características que se cortan, y sobre las cuales las variables físicas -densidad, presión y velocidad- tomarían valores distintos simultáneos). Sin embargo, con una audacia típica de los genios introdujo la soluciones anómalas (entonces) hoy llamadas ondas de choque.

4. INGENIERÍA Y MATEMÁTICAS EN LA ÚLTIMA REVOLUCIÓN DEL SIGLO XX. LOS ORDENADORES Y LA MATEMÁTICA COMPUTACIONAL La realización práctica del viejo sueño de construir una máquina de calcular toma cuerpo en forma del moderno ordenador que acredita dos orígenes, la tecnología y las matemáticas, los cuales confluyen en un fantástico invento en el año 194627. Por una parte tenemos el viejo proyecto de la máquina de calcular, pensada ya por B. Pascal y G. Leibniz en el siglo XVII28, y que debe tanto a Ch. Babbage a principios del siglo XIX, proyecto que es realizable en el siglo XX de forma eficiente gracias al avance de la electrónica: primero el tubo de vacío y luego una saga de progresos espectaculares que nos lleva al semiconductor, a la miniaturización y al chip. Pero el ordenador no nace como máquina de calcular pasiva, sino que nace con un programa. Esta es la herencia de la lógica matemática, desde G. Boole con su álgebra al programa de formalización de las matemáticas de D. Hilbert, que lleva a la prueba de Kurt Gödel en 193129, uno de los hitos de la matemática del siglo XX, y que provoca el interés de un matemático genial, Alan Turing (1912-1954). Turing traduce el programa de formalización al lenguaje de las máquinas30 e inventa con Alonzo Church la teoría de la computabilidad, años antes de que el ordenador viera la luz. Sigue un momento histórico: el esfuerzo de guerra, el desciframiento del código alemán Enigma. Entra en escena la arquitectura del ordenador con von Neumann, y se construye el Eniac en 1946.

5. LOS RETOS MULTIDISCIPLINARES DEL SIGLO XXI. MATEMÁTICAS EN LAS CIENCIAS, LAS FINANZAS Y LA INDUSTRIA Y LA ADMINISTRACIÓN Un primer ejemplo de las aplicaciones prácticas en las ciencias sociales de las matemáticas es la llamada matemática financiera. Los nuevos instrumentos financieros de derivados se basan y a su vez motivan esta nueva rama de la matemática aplicada, la cual combina procesos estocásticos, ecuaciones en derivadas parciales y problemas de frontera libre. El resultado más famoso es el modelo de Black-Scholes32 para el mercado de opciones, el cual reduce la valoración a la solución de una ecuación del calor, sorprendente ejemplo de transferencia de conceptos y técnicas hecho posible por la clave común matemática (y por el hecho de que F. Black era licenciado en Física Cuántica). La inestabilidad inherente a esos mercados y las enormes repercusiones sobre la economía pública y privada hacen tanto más importante la aplicación del método matemático para intentar hallar la clave matemática que rige tales procesos. Un reto para el nuevo siglo. Por otra parte, y en consonancia con los apuntes vistos de la reciente evolución de la matemática pura y aplicada hacia la solidez teórica y la universalidad de intereses, el panorama de intereses presentes en el mundo de las matemáticas de cara al futuro es de una total variedad. Las matemáticas son ubicuas y relevantes. Mencionaremos solamente algunos de los principales temas de aplicación que aparecen en la literatura, en los congresos, en los programas de los institutos de investigación; junto a ellos señalamos (en letra cursiva) aspectos matemáticos relacionados. • Mecánica celeste. Problemas de la ciencia aeroespacial. Estabilidad y caos en sistemas dinámicos. Atractores extraños. Mecánica de sólidos y fluidos en gravedad cero.

• Teoría de fluidos. Aplicación a la Meteorología y la Climatología. Fluidos marinos. Glaciología. Acústica y aplicación a la industria del sonido. Turbulencia. Predicibilidad y caos. Estabilidad, bifurcación. Problemas de frontera libre. Jerarquías de problemas aproximados (como el modelo geostrófico).

• Aeronáutica. Problemas de la hidrodinámica. Problemas de la combustión (propagación de llamas). Ondas de choque y ecuaciones hiperbólicas. Capas límite y desarrollos asintóticos. Ondas viajeras.

• Física fundamental. Las matemáticas del mundo atómico y de las partículas elementales. El modelo estándar, la supersimetría, la QED, la QCD. Teoría de grupos, renormalización, teorías gauge, ecuaciones de Yang-Mills, instan ton es, dilatones... Geometrías y topologías exóticas en dimensiones superiores.

• Astrofísica. Relatividad general, modelos estelares. Matemáticas de la física de plasmas, magnetohidrodinámica. Ecuaciones cinéticas (Boltzmann, Landau, Fokker- Planck,

• Ciencias de la tierra. Problemas de recursos y minería. Problemas de conservación del medio ambiente. Las ecuaciones de la extracción de petróleo, de la filtración en los suelos, de la difusión de contaminantes: sistemas no lineales de EDPs y problemas de frontera libre.

• Ciencia de materiales. Física del estado sólido. N anotecnología. Acoplamiento de estados cuánticos, mesoscópicos y continuos, teoría de Boltzmann semiclásica, ecuación de Wigner. Composites. Elasticidad lineal y no lineal. Teoría de la homogenización. Teorías de fractura. Polímeros. Superconductores.

• Ingeniería industrial. Procesos de la siderurgia, altos hornos. Prototipos de la industria automovilística (fluidos, aerodinámica, materiales y teoría de la fractura).

• La resistencia de materiales. Microestructuras, composites, nuevos materiales. Teorías matemáticas del cálculo de variaciones y la homogenización. Los problemas de fractura. • Matemática discreta. Teoría de grafos, combinatoria.

• Teoría de la información. Codificación de mensajes, códigos correctores de errores (por ej. en los CD's). La sorprendente aplicabilidad de la teoría de números y el álgebra. Tratamiento de imágenes. Compresión. Ondículas, frac tales, teorías de EDPs no lineales.

• Computación. Lógica matemática, Algoritmia, Complejidad computacional. La construcción del computador cuántico abriría un nuevo mundo a la computación.

• Robótica. Geometría algebraica y computación.

• Redes neuronales. Teoría del aprendizaje. Inteligencia artificial. Comunicaciones. Antenas y radares, la teoría de campos electromagnéticos. .Problemas de transporte óptimo y de tráfico. Tráfico en la Web.

• Economía. El cálculo financiero une ecuaciones diferenciales estocásticas, ecuaciones en derivadas parciales y problemas de frontera libre. Modelos de la economía global.

• Química. Química cuántica: simulación de la estructura atómica y molecular a partir de las ecuaciones fundamentales. Dinámica de reacciones. Matemáticas de la nucleación, crecimiento de cristales y quemotaxis. Ciencias de la vida:

• Biología: Morfogénesis. Modelos de población, de epidemias. Matemáticas de la genética. Computación ADN.

• Medicina: interacción fluido-estructura como modelo del flujo sanguíneo. Modelización y simulación del funcionamiento de otros órganos.

• Tomografía. Tomografía computerizada, reconstrucción de imágenes 3D. Tratamiento de tumores. Transformadas de Fourier y de Radon.

REFERENCIAS

V. Arnold, M. Atiyah, P. Lax, B. Mazur, "Mathematics: Frontiers and Perspectives", AMS Publications, 2000. J. L. Casti, "Five Golden Rules", JohnWiley, New York, 1996. B. Engquist (Editor), W. Schmid (Editor), "Mathematics Unlimited -2001 and Beyond", Springer Ver lag, Berlin, 2001. J. Gleick, "Chaos: Making a New Science", Penguin Books, Nueva York, 1987. "Mathematical Developments arising from Hilbert Problems", Proceedings of Symposia in Pure Mathematics, XXVIII, Amer. Math. Soc, Providence, 1976.

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