¿Cuántas matemáticas necesitas de manera realista antes de intentar resolver los problemas matemáticos más difíciles, como probar la hipótesis de Riemann o los primos gemelos?

Supongo que no estoy de acuerdo (en cierto modo) con Dmitri. Centrándome en la palabra “de manera realista” en la formulación de la pregunta, argumentaría que necesita una gran cantidad de antecedentes adicionales antes de montar seriamente un asalto a un problema principal y clásico.

Algunos problemas matemáticos bien conocidos requieren un trasfondo significativo solo para entender. La conjetura de Birch y Swinnerton-Dyer (uno de los siete problemas del Premio del Milenio, http://www.claymath.org/millennium/) es un buen ejemplo: un título universitario de incluso los mejores colegios o universidades probablemente no sea suficiente en sí mismo para que un estudiante pueda saber todo lo que entra en el marco de la conjetura. Lo mismo ocurre con la Conjetura de Hodge, otra en esa lista.

Otros problemas no son así: la conjetura de Twin Primes puede ser entendida por un alumno de 4º o 5º grado, y el contenido de la Hipótesis de Riemann se puede apreciar justo después de un buen curso en Análisis complejo. Sin embargo, y a riesgo de afirmar lo obvio, esa simplicidad es engañosa. Se han aplicado enormes cantidades de matemáticas profundas en los intentos de resolver los principales problemas, y es casi seguro que si se va a hacer algún progreso en alguno de ellos, ese progreso requerirá una cantidad bastante masiva de antecedentes y preparación.

Para todos los problemas importantes sin resolver, nuestro estado de conocimiento no es simplemente “no sabemos cómo resolverlo. ¿Por qué no le das una oportunidad?”. Sabemos lo que se intentó y falló. Tenemos toneladas de resultados parciales y análogos, y es muy razonable esperar que cualquier asalto futuro exitoso necesite ser informado o depender de esos resultados parciales. En algunos casos, incluso entendemos por qué nuestras herramientas actuales son inadecuadas (P vs NP es un buen ejemplo, con los resultados de Razborov en “pruebas naturales”).

Por lo tanto, es un poco peligroso suponer que si comprende el problema, está listo para atacarlo, tal vez con algún conocimiento adicional de pregrado. Esto simplemente no es realista. Para dar un ejemplo muy concreto, argumentaría, aunque no puedo “probar” que es verdad, que si no ha dominado profundamente la mayoría de los documentos mencionados o mencionados en la siguiente lista, realmente no está listo para contribuir a la investigación en torno a la hipótesis de Riemann: http://www.aimath.org/WWN/rh/.

Esto no pretende ser desalentador; por supuesto, es posible que alguien con solo un título universitario pueda aturdir al mundo con una nueva idea. ¿Pero es ese un plan realista? No lo creo.

En general, diría que requiere una educación de nivel de doctorado en el área muy específica de investigación. La excepción es que ocasionalmente una búsqueda por computadora que no requiere ningún conocimiento avanzado revelará un contraejemplo que nadie conocía. Por ejemplo, la conjetura de Euler no se resolvió durante casi 200 años hasta que una simple búsqueda por computadora reveló un contraejemplo para las quintas potencias que se pueden expresar en una sola línea de aritmética simple: 275 ^ 5 + 845 ^ 5 + 1105 ^ 5 + 1335 ^ 5 = 1445 ^ 5. Pero un resultado más interesante, que hay infinitos contraejemplos no triviales para cuartos poderes, obtenido por Elkies en 1988, requirió técnicas más avanzadas.

La conjetura de los primos gemelos no es vulnerable a un contraejemplo simple porque, ya sea verdadero o falso, requerirá una prueba, no solo un contraejemplo único. Es probable que las técnicas más elementales para probarlo, en cualquier dirección, ya se hayan explorado.

Aunque es teóricamente posible que pueda existir un contraejemplo para la hipótesis de Riemann, la naturaleza de la hipótesis de Riemann es tal que incluso probar que un contraejemplo reivindicado es, de hecho, un contraejemplo probablemente requeriría técnicas bastante avanzadas, incluso si existe.

Diría que necesita al menos los cursos básicos de pregrado (álgebra, análisis, teoría de números, cálculo, estadística) por dos razones:

1. Muchos de los problemas más difíciles son problemas profundos dentro de uno (o varios) de los campos mencionados anteriormente. La hipótesis de Riemann, por ejemplo, tiene raíces en análisis complejos. El último teorema de Fermat, aunque en la superficie parece ser un ejercicio de teoría de números, se demostró utilizando la teoría de números algebraicos.

2. Tener una comprensión de varios campos matemáticos le permite dibujar conexiones que no podría dibujar si se especializara. Una vez más, el último teorema de Fermat requería el uso de curvas elípticas (que he visto aparecer en geometría algebraica) y conceptos de la teoría de números algebraicos.

En otras palabras, realizar un curso de pregrado en una universidad de primer nivel le enseñará diferentes formas de abordar y resolver problemas matemáticos que no podría reunir de una sola especialidad.