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miércoles, 10 de diciembre de 2025

_- Matemáticas ¿Por qué son tan importantes los números primos?

_- Los mejores matemáticos, desde Euclides, han investigado sobre ellos

Números primos
Los números naturales son aquellos que usamos para contar: 1, 2, 3, 4… Y un número primo es un número natural mayor que 1 que tiene únicamente dos divisores positivos, él mismo y el 1. Así que el 2 es un número primo porque solo puede dividirse por 2 y por 1 con un resultado exacto. También el 3 lo es por la misma razón. Pero el 4 no lo es porque puede dividirse por 1, por 2 y por 4. Existen infinitos números primos, según demostró el matemático griego Euclides.

Como dices en tu pregunta, son muy importantes. Y lo son desde distintos puntos de vista. El primero está centrado en las propias matemáticas porque estos números son la columna vertebral de muchas de las ramas de esta ciencia, por ejemplo, son fundamentales para la teoría de números.

Pero, además, son un buen ejemplo de cómo evolucionan las matemáticas. Inicialmente comenzaron a estudiarse con el único interés de aumentar el conocimiento. Es decir, los número primos no se investigaban para buscar aplicaciones sino simplemente por la curiosidad de comprenderlos mejor. Se investigó cuáles eran sus propiedades, si existe alguna fórmula para calcular números primos, cuántos números primos hay menores o iguales que un número dado, si hay algún patrón para identificarlos, como saber si un número natural grande es primo, etc. Los mejores matemáticos han investigado sobre ellos. Ya te he hablado de Euclides, al que se conoce como el padre de la geometría, pero también otros matemáticos griegos como Eratóstenes; y más recientemente, Pierre de Fermat, Leonhard Euler, Gottfried Leibniz, Sophie Germaine o Carl Friedrich Gauss, entre muchos otros. La hipótesis de Riemann, todavía sin demostrar, uno de los problemas del milenio del Instituto Clay de Matemáticas dotado con un millón de dólares para el que lo resuelva, está íntimamente relacionada con los números primos.

En la investigación básica, aquella que se hace para ampliar el conocimiento y no pensando en una aplicación inmediata, la mayoría de las veces, cuando ya tenemos ese saber, se encuentra alguna aplicación. Y eso que ocurre muchas veces en las matemáticas es lo que ha pasado con los números primos. Por ejemplo, gracias a ellos, hubo una gran revolución de la criptografía que es la ciencia que se encarga de cifrar o codificar los mensajes para hacerlos inaccesibles a usuarios no autorizados y que es clave para que internet y las aplicaciones que utilizamos funcionen correctamente. Así que nos encontramos con que las propiedades de los números primos nos han abierto el camino para tecnologías tan importantes como las de las comunicaciones, el correo o el comercio electrónicos, entre otras muchas.

Una de las propiedades clave de los números primos para estas aplicaciones es que no siguen un patrón. Parece que su distribución es impredecible, aleatoria. Por eso se utilizan programas para buscar nuevos números primos. En algunas de estas búsquedas, se pide la colaboración ciudadana, es decir, cualquier persona puede prestar su ordenador para que se utilice, juntos a otros miles o cientos de miles, en esa búsqueda.

El número primo con más dígitos que se ha encontrado hasta ahora tiene más de 41 millones de dígitos y se halló gracias a uno de estos programas de colaboración ciudadana en los que participan personas voluntarias de todos los países.

Hay algunas otras cuestiones relacionadas con los números primos que son realmente interesantes. Por ejemplo, yo trabajo con modelos de poblaciones. Y resulta que en el estudio de poblaciones aparecen números primos en ciertos ciclos de insectos. Existen algunas cigarras que tienen ciclos vitales de 13 o 17 años, dos números primos. Estos insectos están bajo tierra y cada cierto tiempo, esos 13 o 17 años, emergen a la superficie durante unos pocos días para reproducirse. La explicación que se ha dado es que esto les da una ventaja evolutiva, así lo defendió el paleontólogo Stephen Jay Gould en su trabajo Of Bamboos, Cicadas, and the Economy of Adam Smith. Si sus ciclos vitales fueran de números no primos, 6, 8, 10…, coincidirían con muchos más de sus depredadores que tienen ciclos cortos y regulares.

Y hay una cosa divertida relacionada con las croquetas. Parece que los números primos han llegado hasta el marketing. Muchas veces cuando pides una tapa de croquetas te ponen un número primo, generalmente 5, porque la mayoría de las veces ese número primo no puede dividirse entre las personas que las han pedido (excepto si en ese caso son 1 o 5), lo que obliga a pedir otra tapa más. Otra opción, claro está, es repartirlas con diplomacia, pero así se pierde un poco la emoción del pequeño dilema matemático del aperitivo.

Victoria Otero Espinar es catedrática de Análisis Matemático en el Departamento de Estadística, Análisis Matemático y Optimización de la Universidade de Santiago de Compostela e investigadora del Centro de Investigación y Tecnología Matemática de Galicia (CITMAga), también es presidenta de la Real Sociedad Matemática Española.

Coordinación y redacción: Victoria Toro.

Pregunta enviada vía email por Carla Gómez Inaraja.

Las científicas responden es un consultorio científico semanal, patrocinado por el programa L’Oréal-Unesco ‘For Women in Science’ y por Bristol Myers Squibb, que contesta a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Son científicas y tecnólogas, socias de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), las que responden a esas dudas. Envía tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por X #nosotrasrespondemos.

martes, 17 de enero de 2023

La crucial teoría matemática que enfrentó a dos titanes del siglo XVII: Isaac Newton y Gottfried Leibniz

 

Concha de nautilinos

FUENTE DE LA IMAGEN,GETTY IMAGES

Pie de foto,

La hermosa concha del nautilinos con su espiral logarítmica es la imagen clásica usada para ilustrar el desarrollo del cálculo.


Todo empezó en Europa a finales del siglo XVII. Dos excepcionales matemáticos estaban trabajando en el mismo problema al mismo tiempo. Isaac Newton, ese gran héroe de la ciencia británica, tenía poco más de 20 años cuando comenzó a trabajar en una nueva rama de las matemáticas. Newton se la describió a sus amigos, pero no publicó nada sobre ella. Esa decisión más tarde tendría consecuencias desagradables pues, al mismo tiempo, el joven erudito alemán Gottfried Wilhelm Leibniz propuso una versión diferente de la misma cosa. Se trataba del cálculo.

martes, 6 de abril de 2021

La crucial teoría matemática que enfrentó a dos titanes del siglo XVII: Isaac Newton y Gottfried Leibniz

La hermosa concha del nautilinos con su espiral logarítmica es la imagen clásica usada para ilustrar el desarrollo del cálculo.

Todo empezó en Europa a finales del siglo XVII. Dos excepcionales matemáticos estaban trabajando en el mismo problema al mismo tiempo.

Isaac Newton, ese gran héroe de la ciencia británica, tenía poco más de 20 años cuando comenzó a trabajar en una nueva rama de las matemáticas.

Newton se la describió a sus amigos, pero no publicó nada sobre ella.

Esa decisión más tarde tendría consecuencias desagradables pues, al mismo tiempo, el joven erudito alemán Gottfried Wilhelm Leibniz propuso una versión diferente de la misma cosa.

Se trataba del cálculo.

Si esa última palabra sólo te trae un vago recuerdo de algo que te enseñaron en el colegio o si te provoca terror, tratemos de remediarlo ya mismo de la mejor manera: a base de conocimiento.

¿Te gustan las matemáticas? No te pierdas:
No te asustes... no es un examen: ya vamos a recordar de qué se trata.
(Paréntesis para recordar qué es el cálculo)
En pocas palabras: el cálculo es una forma de describir las cosas que cambian.

Toma la famosa manzana que la leyenda dice que cayó del árbol sobre la cabeza del joven Newton e inspiró su teoría de la gravedad.

La manzana más famosa después de la de Adán y Eva.

En cualquier momento en particular, ¿cuán rápido caía la manzana?

La velocidad de la manzana aumenta constantemente a medida que la gravedad la hala hacia el suelo. Entonces, ¿Cómo puedes calcular cuál es la velocidad en un momento dado de tiempo, por ejemplo, después de un segundo?

La velocidad es la distancia recorrida dividida por el tiempo transcurrido.

Así que podrías registrar la distancia que la manzana cae en el próximo segundo y eso te daría una velocidad promedio durante ese período.

Pero si quieres la velocidad precisa en un momento preciso, podrías registrar la distancia recorrida en un período de tiempo más corto, digamos ½ segundo o ¼ de segundo. Cuanto menor es el intervalo de tiempo, más preciso es el cálculo de su velocidad.

En última instancia, para calcular la velocidad precisa en un momento preciso, necesitas tomar un intervalo de tiempo infinitamente pequeño.

El cálculo (infinitesimal) le da sentido a ese cálculo aparentemente imposible. Te dice a qué tiende la velocidad de algo, a medida que reduces el intervalo de tiempo.

El cálculo es la matemática de las cosas en movimiento.

Cruce de cables
En julio de 1676, Newton le envió una carta a Henry Oldenburg, el primer secretario de la Sociedad Real de Londres, en la que describía su versión del cálculo.

Para evitar compartir detalles sobre cómo funcionaba, lo convirtió en un código curioso.

"La base de estas operaciones es bastante evidente, de hecho; pero como no puedo continuar con la explicación ahora, he preferido ocultarlo así:
6accdae13eff7i3l9n4o4qrr4s8t12vx"

Newton había hecho público su conocimiento. En el siglo XVII, correspondencia e incluso divulgación frente a testigos confiables de manuscritos o instrumentos privados tenía un peso considerable; el trabajo no necesariamente tenía que ser publicado.

Oldenburg le envió la carta a Leibniz, aunque tardó 6 meses en hacerlo pues no sabía dónde encontrarlo: el matemático alemán estaba siempre viajando.

Al final la recibió y aunque lo que Newton había querido hacer era reclamar el cálculo como suyo sin revelar detalles, Leibniz no los necesitó. Él lo entendió.

Inmediatamente envió una respuesta entusiasta, expresando su admiración por lo que Newton había compartido y presentando algunos descubrimientos propios.

Pero habían pasado ya tantos meses que cuando Newton recibió la respuesta de Leibniz, no respondió.

Lo que podría haber sido el comienzo de un fructífero intercambio de ideas se frustró.

Con el tiempo se ha establecido sin lugar a dudas que Newton desarrolló su "teoría de fluxiones" en 1665-6. Leibniz llegó al cálculo de forma independiente durante el período de 1673-1676.

Leibniz comenzó a registrar su descubrimiento del cálculo, trabajando en él, intermitentemente, durante casi una década.

Cuando publicó sus estudios en 1684, la dinastía Bernouilli -una poderosa familia de matemáticos suizos- tomó sus ideas y las difundió ampliamente por todo el mundo matemático.

Leibniz comenzó a recibir crédito por esta nueva y poderosa rama de las matemáticas... algo que a Newton no le gustó.

No le gustó lo más mínimo
Newton en este momento estaba bien establecido como un gran científico.

Con solo 27 años, había sido galardonado con la prestigiosa cátedra Lucasian de matemáticas de la Universidad de Cambridge. Había publicado innumerables artículos científicos de gran importancia, incluidas sus leyes del movimiento y la famosa teoría universal de la gravitación.

Luego se convirtió en diputado y fue nombrado maestro de la Real Casa de la Moneda.

"No me gusta ser embaucado y burlado por extranjeros sobre cosas matemáticas", declaró.

Newton se fue enfureciendo más y más con el tiempo. Durante años además, sus seguidores chocaban con los de Liebniz, por lo que se volvió una de las más grandes controversias de la historia de la ciencia.

En lugar de atribuirle a Leibniz su propia comprensión del cálculo, Newton decidió que Leibniz le había robado sus ideas y había pasado 6 meses trabajando en ellas antes de responderle.

En 1704, 20 años después de Leibniz, finalmente publicó su versión del cálculo, como un apéndice de su libro "Óptica: o un tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz". En él, agregó un comentario que implicaba que Leibniz había copiado su trabajo:

"Hace algunos años presté un manuscrito que contenía tales teoremas sobre el cálculo y desde entonces me he encontrado con algunas cosas copiadas de él. En esta ocasión lo hice público".

Así comenzó una campaña de Newton para afirmar que, aunque Leibniz publicó antes que él, él era el inventor del cálculo.
Para Newton, compartir el crédito no era una opción.

Orgullo y prejuicio
En 1714, después de años de acrimonia y acusación, se le pidió a la Sociedad Real de Londres que resolviera entre las alegaciones rivales: ¿fue Newton el primero en descubrir el cálculo, con su método de fluxiones? ¿O se debía dar el crédito a Leibniz por su invención del método diferencial?

¿Es éste el método que debería llevarse los laureles?

"El método diferencial es el mismo que el de fluxiones, excepto en nombre y modo de anotación (...) por lo tanto asumimos que la pregunta adecuada (...) no es quién creó este método o el otro sino es quién fue el primer inventor del método (...) razón por la cual consideramos al Sr. Newton el primer inventor"

Leibniz, quien publicó su trabajo dos décadas antes que Newton, fue acusado de plagio y Newton fue honrado con el descubrimiento del cálculo.

No obstante, el informe de la Sociedad Real probablemente no era el más imparcial: el presidente de la organización en ese momento era Isaac Newton.

Cuando Newton murió en 1727, recibió un funeral de Estado y fue enterrado en la Abadía de Westminster con honores normalmente reservados para un general. El monumento de Leibniz, en contraste, es una placa simple en una pequeña iglesia en Hanover.

Pero fue la versión del erudito alemán del cálculo la que finalmente triunfó.

Leibniz tuvo la suerte de contar con el respaldo de la influyente familia Bernoulli, que se dio cuenta de cuán poderoso era el cálculo para encontrar la mejor solución a todo tipo de problemas.

Ese es el verdadero poder del cálculo: la capacidad de llegar a la solución más eficiente. Por eso se convirtió en una de las herramientas más importantes de toda la ciencia moderna.

El mundo natural está en constante estado de flujo, desde los planetas hasta el agua. Y si quieres comprenderlo y predecirlo, el cálculo es esencial.

Claro que además de la humilde placa en una iglesia, se han erguido varios monumentos para recordar a Liebniz, como el templo en el Georgem garden en Hannover, Alemania.