Día Internacional de las Matemáticas: la influencia del número π (pi) en profesiones como arquitectura, ingeniería y astronomía

Desde los albores de la civilización, los seres humanos han buscado comprender y dar sentido al mundo a través de las matemáticas. Y en este vasto universo de números, ecuaciones y teoremas, hay uno que destaca entre los demás por su singularidad, un número trascendente llamado Pi (π).

Desde las antiguas culturas, que lo celebraban como un símbolo de lo infinito, hasta la sociedad moderna, que celebra el Día Internacional de las Matemáticas en el Día de Pi (14 de marzo, por la expresión de la fecha en forma anglosajona 3-14), este número ha capturado la imaginación y la admiración de generaciones enteras.

En la geometría, Pi es esencial para calcular medidas relacionadas con círculos y esferas, lo que tiene implicaciones en campos tan diversos como la arquitectura, la ingeniería y la astronomía.

En la física, Pi aparece en numerosas fórmulas que describen fenómenos naturales, desde la radiación térmica a la gravedad y el comportamiento de las partículas subatómicas. Pi está allí donde haya círculos y define las curvas. Sin Pi, Einstein no habría anotado en sus fórmulas que el espacio tiempo se pliega.

El enigma de Pi

Desde la antigüedad, Pi y su naturaleza irracional han fascinado a los matemáticos. La secuencia de dígitos de este número nunca se repite ni muestra un patrón discernible.

Ni siquiera la alta computación ha podido llegar al final de Pi, lo que lo convierte en uno de los problemas no resueltos más intrigantes en las matemáticas. El récord hasta ahora, conseguido por un equipo de desarrolladores de Google Cloud, está en 100 billones de decimales. Solo almacenar el resultado de Pi requiere 63 terabytes de espacio de almacenamiento.

En ruedas, engranajes y cálculos astronómicos

Pi es un elemento fundamental en la geometría, donde se utiliza para calcular medidas relacionadas con círculos y esferas.

La circunferencia de un círculo se define como la distancia alrededor del borde de un círculo. La fórmula para calcular la circunferencia, C, es C = π * d, donde d es el diámetro del círculo. Esta fórmula es esencial en la construcción y el diseño de ruedas, engranajes y cualquier otro objeto que tenga forma circular.

El área de un círculo es la cantidad de espacio que ocupa dentro de su límite. La fórmula para calcular el área (A) es A = π * r2, donde r es el radio del círculo. Esta fórmula se utiliza para calcular áreas circulares en la arquitectura, el diseño de jardines y muchas otras disciplinas.

Pi también se emplea para calcular el volumen y superficie de las esferas, cálculos fundamentales en la física, la geografía y la astronomía, entre otras disciplinas. Y está presente en la definición de funciones trigonométricas como el seno y el coseno, necesarias para el estudio de las relaciones entre los ángulos y los lados de un triángulo.

En la física: el calor que desprendemos

En la termodinámica, que es la rama de la física que estudia cómo el calor y la energía se mueven y transforman en diferentes sistemas, el número pi aparece de manera sorprendente en algunas de las fórmulas fundamentales que describen estos procesos.

Por ejemplo, la ley de Stefan-Boltzmann explica cómo los objetos emiten radiación térmica debido a su temperatura. Esta ley se expresa con la fórmula P = σ * A * T4, donde P es la potencia radiada, σ es una constante (llamada constante de Stefan-Boltzmann), A es el área superficial del objeto y T es su temperatura en kelvin. Lo interesante es que la constante σ, que es fundamental para esta fórmula, tiene el valor de π2/60.

También en la termodinámica, encontramos la ley de Boyle-Mariotte, que muestra cómo cambia la presión de un gas cuando se modifica su volumen a temperatura constante. Esta ley se puede expresar con la ecuación PV = k, donde P es la presión, V es el volumen y k es una constante que depende de las condiciones del sistema. Pi está presente en esta ecuación y es esencial para entender cómo los gases se comportan en diferentes situaciones.

En otros campos de la física

Además de en la termodinámica, Pi aparece en muchos otros campos de la física de maneras sorprendentes. Por ejemplo, en la teoría de la relatividad Pi está involucrado en las ecuaciones que describen cómo la gravedad dobla el espacio y el tiempo alrededor de objetos masivos como estrellas y planetas.

En la mecánica cuántica, que estudia el comportamiento de las partículas subatómicas, Pi está presente en las ecuaciones que describen cómo estas partículas interactúan y se mueven en el mundo subatómico.

En las matemáticas puras

En la teoría de números, Pi es un objeto de estudio en sí mismo. Los matemáticos han intentado durante siglos descubrir patrones en la secuencia de dígitos de este número, pero hasta el momento no se ha encontrado ningún patrón. Este hecho ha llevado a especulaciones sobre su naturaleza aparentemente aleatoria y su relación con otros números trascendentales.

Pi es mucho más que una simple constante matemática: es un símbolo de la belleza y la complejidad de las matemáticas, así como un elemento fundamental en nuestra comprensión del mundo.

El 14 de marzo celebramos no solo un número, sino la maravillosa capacidad del ser humano para explorar y comprender los misterios del universo.

Por: Luis Felipe Rivera Galicia

Profesor Titular de Universidad. Investigador del Instituto Universitario para el Análisis Económico y Social (IAES) y de la Cátedra de Responsabilidad Social Corporativa. Decano de la Facultad de Ciencias Económicas, Empresariales y Turismo, Universidad de Alcalá

Artículo publicado originalmente en The Conversation