Desde naves espaciales hasta la investigación del cáncer: por qué pi importa

Los amantes de las matemáticas y los entusiastas de los postres se unen para celebrar el Día de Pi cada 14 de marzo, fecha que representa los tres primeros dígitos de la constante matemática pi.

Representando la relación entre la circunferencia de un círculo y su diámetro, pi es aproximadamente igual a 3.14159, pero sus dígitos continúan para siempre. En la escuela, es posible que lo hayas usado para calcular el área de un círculo o el volumen de un cilindro. Pero las aplicaciones de pi son infinitas y forman parte de cada rincón de nuestro mundo.

La festividad fue creada en 1988 por Larry Shaw, físico del museo de ciencias Exploratorium en San Francisco.

«Él tenía una visión muy abierta y expansiva del mundo y vio una oportunidad con este número, este concepto matemático, para invitar a la gente a la alegría del aprendizaje matemático», dijo Sam Sharkland, director de programas públicos en el museo, quien trabajó con Shaw antes de su fallecimiento en 2017.

Si bien comenzó como una pequeña celebración del personal con pastel, pronto se convirtió en una gran procesión donde cientos de visitantes marchaban alrededor del santuario de Pi, cada uno llevando un dígito. Los asistentes suelen llegar temprano para reclamar su dígito favorito para el desfile. Una mujer que tiene el símbolo tatuado en el cuello viene todos los años y marcha cerca del frente con una bandera de Pi, dijo Sharkland.

La celebración comienza a la 1:59 p.m., lo que significa los siguientes tres dígitos de pi.

Aquí hay algunas maneras en que pi se está utilizando en la vanguardia de la ciencia.

Pi en el espacio exterior

En el campo de la ingeniería mecánica y aeroespacial de Artur Davoyan, pi es tan fundamental que sería difícil identificar un solo caso de uso para él, dijo.

Pi es parte de «literalmente cada fórmula que usarías para hacer cualquier cálculo, como para el movimiento de naves espaciales, para los materiales y cómo funcionan, o los sistemas de propulsión», dijo Davoyan, profesor de la Universidad de California, Los Ángeles.

Cualquier cosa que sea redonda o tenga propiedades cíclicas o repetitivas, como las ondas de radio, involucra a pi. Incluso los cuadrados o las manchas irregulares se pueden descomponer en una serie de círculos progresivamente más pequeños y calcularse usando pi, dijo Davoyan.

La investigación de Davoyan se centra en cómo crear nuevos sistemas de propulsión para enviar naves espaciales más rápidamente a los confines del sistema solar para recopilar y enviar información de regreso a la Tierra. Señaló las sondas Voyager 1 y 2 de la NASA, que se lanzaron en 1977 pero no alcanzaron el espacio interestelar hasta 2012 y 2018.

Para enviar una señal a esas sondas espaciales, la NASA debe calcular la posición exacta de la Tierra en órbita alrededor del sol y diseñar antenas para la comunicación usando pi. Luego, los científicos usan pi una vez más al recibir y descomponer las señales complejas que se están transmitiendo a la Tierra.

«Digamos que los extraterrestres nos envían algo, algo con lo que no sabemos cómo lidiar», dijo Davoyan. «Entonces, lo primero que harías, intentarías dividirlo en funciones simples… y resulta que cuando haces esta operación, naturalmente tendrás pis en ella».

Pequeñas gotas de Pi

Pi también aparece con frecuencia al estudiar pequeñas cantidades de fluidos.

Dino Di Carlo, presidente del departamento de bioingeniería de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, lleva a cabo investigaciones que implican la creación de pequeñas partículas de polímeros que actúan como pequeños tubos de ensayo para las células. Esto se utiliza como una herramienta importante para examinar las células de cerca y aprender sobre sus funciones y lo que contienen.

La constante pi se utiliza para calcular cómo formar esas gotas, los cálculos de tensión superficial que definen cómo se pueden romper las gotas y cómo los investigadores pueden controlar el tamaño de esos volúmenes, dijo Di Carlo.

Di Carlo está utilizando esta técnica para encontrar anticuerpos, pequeñas proteínas que combaten enfermedades en el cuerpo, que podrían bloquear las señales emitidas por las células cancerosas.

Pi también es una parte importante de los cálculos al observar cómo los líquidos fluyen a través de tubos y barreras. Un ejemplo es cuando la muestra de fluido fluye lentamente de lado en una prueba casera de COVID-19.

Di Carlo utilizó estas propiedades para idear una nueva prueba para la enfermedad de Lyme que se puede completar en 20 minutos, en lugar de días o semanas como antes.

«Como ingeniero y científico, (pi) es simplemente parte de la vida», dijo Di Carlo. «Quizás lo he dado por sentado».»