En busca del peinado perfecto
El Teorema “de la bola peluda”, en Topología Algebraica, nos dice que en un campo vectorial tangente a la superficie de una 2-esfera (vamos, una esfera de toda la vida) no existe una forma continua de orientar sus vectores sin que alguno de ellos sea nulo. ¿Qué narices significa esto?
Imaginemos que tenemos una bola peluda que queremos peinar (con peinar nos referiremos a colocar los pelos en posición “horizontal” respecto de la superficie de la bola, es decir, tangentes). El Teorema nos dice que no conseguiremos peinar toda la bola peluda sin formar al menos un remolino, en cuyo centro tendremos un pelo tal que la única manera de que no “choque” con su pelo vecino es que no tenga longitud (¡el pelovector nulo!). ¿Pero a qué llamamos que dos pelos “choquen”? Al hacernos esta pregunta estamos hablando de continuidad, de la continuidad en la orientación de los pelovectores, es decir, que un pelo siempre debe estar orientado de forma muy similar a su pelo vecino, de manera que no haya cambios bruscos de dirección en el peinado . Os intentaré aclarar esto con unos dibujos chábacans que he logrado hacer:
Aunque esté dibujado sobre un plano, es totalmente análogo. Podeis ver que el pelo que sale del centro del remolino (en rojo), sin importar la manera en que lo orientemos, siempre tiene unos pelos vecinos (gris oscuro) que salen en una dirección radicalmente distinta, y por tanto la única forma de evitar que esto pase es que no haya pelo rojo.
Ciertamente, al peinar la bola peluda como en estos dibujos, obtendríamos siempre dos remolinos, a los que se les llaman polos. Pero sí existen maneras de orientar los pelos de forma que sólo se crée un remolino (dipolo), aunque son más difíciles de imaginar. Os dejo una animación de esto último.
Por tanto nunca intentéis peinar del todo a una bola peluda, pues no lo conseguiréis jamás, siempre os quedara algún pelo que se desmadre respecto de los pelos próximos, un remolino o una coronilla.
Este problema, profundamente topológico, fue propuesto por H. Poincaré a finales del siglo XIX, y después resuelto por Brouwer. Aunque en principio parezca que esto no va más allá de este caso tan tonto, no es así. Supongamos ahora que la bola es nuestro planeta, y cada pelo es la dirección que lleva el viento (grosso modo, ya que existen muchas capas de aire en la atmósfera) en cada punto de la superficie. Entonces, del Teorema concluimos que siempre existe al menos un ciclón en la Tierra, o sea, nuestro pelo conflictivo anterior, el del centro de la coronilla, ahora sería nada menos que el ojo de un huracán.
Por si alguien se hace la pregunta, no en todas las superficies en las que pongamos un campo de vectores ocurre esto, existe un cuerpo llamado "toro", no homeomorfo a nuestra anterior bola (posiblemente explique qué significa esto en próximos posts), y que sí que se puede conseguir peinar: