Los laberintos cíclicos: La solución del Problema de Burnside

La Vanguardia, 8 de Octubre de 1994
El Laberinto se compone de un número indefinido de estancias semejantes. De todas ellas parten, hacia otras estancias, un camino rojo y un camino azul; a todas ellas llegan, de otras estancias, un camino rojo y un camino azul. Cada lugar es semejante a cada otro lugar y los caminos siempre nos reconducen al punto de partida: repitiendo siete veces cualquier combinación de caminos rojos y azules regresamos a donde estábamos. El enigma está en saber cuantas estancias componen el Laberinto. ¿Puede haber un número infinito de ellas? ¿Puede haber un número arbitrariamente grande?

En 1897, William Burnside, profesor en el Royal Naval College de Greenwich, publica la primera edición de su tratado "La teoría de los grupos". Burnside había publicado trabajos de investigación sobre teoría cinética de los gases, teoría del oleaje (en conexión con la erupción del Krakatoa), el problema del potencial y la teoría de las funciones automorfas, pero, en la actualidad, lo recordamos principalmente como el creador, junto a Frobenius, de la teoría moderna de los grupos finitos. Entre 1897 y 1902 Burnside plantea dos conjeturas extraordinariamente audaces, cuya dilucidación dará pie a algunos de los leit motiv de la teoría de grupos durante el presente siglo. Burnside conjetura que todo grupo simple no abeliano debe tener un número par de elementos. 65 años más tarde, Feit y Thompson, en uno de los trabajos más importantes del álgebra moderna, demostrarían que esto es cierto. Burnside conjetura, o, más exactamente, se pregunta, si un grupo con un número finito de generadores, en que cada elemento tiene orden finito, debe necesariamente ser finito. La historia de esta segunda conjetura de Burnside, un caso particular de la cual hemos escenificado utilizando un laberinto à la Borges, es harto compleja. Se trata, además, de un tema de fuerte actualidad, por la concesión, en el Congreso Internacional de Matemáticas, celebrado el pasado mes de agosto, de la medalla Fields a E.I. Zelmanov, por sus trabajos sobre el llamado problema restingido de Burnside.

Usando nuevamente el símil del laberinto, la conjetura de Burnside afirmaba que siempre hay un número finito de estancias, sea cual sea el número de caminos que parten de cada una de ellas y sea cual sea el número de repeticiones necesarias para volver al punto inicial. Hoy sabemos que, en general, la conclusión de Burnside es incorrecta. En 1968, S.I. Adian y P.S. Novikov (que no debe confundirse con S.P. Novikov, medalla Fields en 1970 por sus trabajos en topología algebraica) demuestran que si el número de repeticiones es impar y mayor que 4380 entonces el número de estancias es infinito. La demostración de este hecho es formidablemente compleja, si bien Olshanskii, en 1982, encontró una demostración mucho más corta, que, sin embargo, sólo es válida para un número de repeticiones superior a los diez mil millones. El caso mostrado en nuestro ejemplo del laberinto con caminos de dos colores distintos y un orden de repetición de siete sigue estando sin resolver, si bien ha podido verse que el número de estancias no será menor que la unidad seguida de cinco mil trescientos ceros. Se espera, no obstante, que habrá un número finito de ellas.

En el llamado problema restringido de Burnside (PRB), planteado por Sanov y Magnus en la década de los cincuenta, se supone que nuestro laberinto consta, de hecho, de un número finito de estancias y de lo que se trata es de ver que este número no puede ser arbitrariamente grande, en función del número de colores y del orden de repetición.

En oposición al problema general, aunque el PRB es, también, muy difícil, admite éste la utilización de algunas de las técnicas desarrolladas por los algebristas a lo largo de este siglo. En particular, el PRB puede reformularse fácilmente como un problema de álgebras de Lie: se trata de ver que las álgebras de Lie en característica p que satisfacen ciertas condiciones, llamadas de Engel, son localmente nilpotentes. La solución final afirmativa del PRB se presentó en el Congreso Internacional de 1990 y su autor ha merecido la medalla Fields en el congreso de 1994. Se trata de Yefim Zelmanov, un matemático de Novosibirks (residente actualmente en Estados Unidos) cuya vicisitud personal, como la de tantos otros científicos de la antigua Unión Soviética, ha rayado el patetismo. Baste mencionar, a título de ejemplo, que su carrera estuvo a punto de verse truncada cuando las autoridades académicas, temerosas de enfrentarse a alguien que era claramente un genio, optaron por suspenderle su tesis de doctorado, condenándole, de esta forma, a un ostracismo total en la hermética sociedad soviética de la época.

Es curioso observar que los resultados de Zelmanov sobre el PRB solo cubren el caso en que el orden es potencia de un número primo. El caso general requiere, además de los resultados de Zelmanov, del teorema de clasificación de los grupos simples, cuya validez es objeto de ciertas reservas por parte de la comunidad matemática (ver "La gran muralla China y el futuro del Algebra", La Vanguardia 13/6/92).

Zelmanov se enfrentará ahora a la fama inherente a la medalla Fields y, al igual que Wiles cuando anunció la solución del problema de Fermat, se sentirá forzado a justificar, ante la opinión pública, la utilidad de su trabajo. Ni Proust ni Indurain han visto sometida su obra, bella, difícil e inútil, a la exigencia de la utilidad a corto plazo. Los matemáticos y los alpinistas, en cambio, se hallan cotidianamente enfrentados a la pregunta: ¿Para qué sirve este teorema? ¿Valía la pena subir allí arriba?

Digamos, para empezar, que cualquier matemático reconoce immediatamente que la solución del PRB, obtenida por Zelmanov como la culminación del trabajo de muchos otros algebristas a lo largo de este siglo, es una pieza importante del conocimiento matemático, que se justifica a sí misma. ¿Es también una pieza útil? Desde luego, la hipotética utilidad práctica no ha jugado ningún papel en la motivación de Zelmanov (ni en la de Proust o Indurain). Pero, si los matemáticos abandonáramos uno sólo de nuestros campos de trabajo, por esotérico que pueda parecer visto desde el exterior, no cabe duda que los físicos, los biólogos, los economistas, los informáticos, tomarían el relevo, al cabo de muy poco tiempo, para desarrollar unas teorías sin las cuales sus investigaciones quedarían detenidas. La teoría de grafos, las álgebras de Lie de dimensión infinita, los cuerpos finitos, las formas cuadráticas, temas considerados hasta hace poco como paradigmas de la investigación "pura" forman parte, hoy, de los temas de investigación de los laboratorios más "aplicados" del mundo de la técnica. En un momento en que la matemática muestra, mejor que nunca, su extraordinaria aplicabilidad, los matemáticos reivindican poder seguir desarrollando su ciencia como han hecho siempre: por el mero placer de resolver cierto problema que un visionario sugirió, hace casi un siglo; por el mero placer de intentar comprender no sólo el gran laberinto del mundo, sinó los laberintos de todos los mundos posibles. Porque, tarde o temprano, veremos que aquellos laberintos también están aquí.
Jaume Aguadé
Back to the research page.