Las fichas de Wang (o fichas de dominó de Wang ), propuestas por primera vez por el matemático, lógico y filósofo Hao Wang en 1961, son una clase de sistemas formales . Se modelan visualmente mediante fichas cuadradas con un color en cada lado. Se selecciona un conjunto de dichas fichas y se colocan copias de las fichas una al lado de la otra con colores coincidentes, sin rotarlas ni reflejarlas.
La cuestión básica sobre un conjunto de teselas de Wang es si puede teselar el plano o no, es decir, si se puede llenar de esta manera un plano infinito entero. La siguiente pregunta es si esto se puede hacer siguiendo un patrón periódico.
En 1961, Wang conjeturó que si un conjunto finito de fichas de Wang puede teselar el plano, entonces también existe un teselado periódico , que, matemáticamente, es un teselado que es invariante bajo traslaciones por vectores en una red bidimensional. Esto se puede comparar con el teselado periódico en un patrón de papel tapiz, donde el patrón general es una repetición de algún patrón más pequeño. También observó que esta conjetura implicaría la existencia de un algoritmo para decidir si un conjunto finito dado de fichas de Wang puede teselar el plano. [1] [2] La idea de restringir las fichas adyacentes para que coincidan entre sí ocurre en el juego de dominó , por lo que las fichas de Wang también se conocen como dominó de Wang. [3] El problema algorítmico de determinar si un conjunto de fichas puede teselar el plano se conoció como el problema del dominó . [4]
Según el estudiante de Wang, Robert Berger , [4]
El problema del dominó se ocupa de la clase de todos los conjuntos de dominó. Consiste en decidir, para cada conjunto de dominó, si es o no solucionable. Decimos que el problema del dominó es decidible o indecidible según exista o no un algoritmo que, dadas las especificaciones de un conjunto de dominó arbitrario, decida si el conjunto es o no solucionable.
En otras palabras, el problema del dominó pregunta si existe un procedimiento efectivo que resuelva correctamente el problema para todos los conjuntos de dominó dados.
En 1966, Berger resolvió el problema del dominó en sentido negativo. Demostró que no puede existir ningún algoritmo para el problema, mostrando cómo traducir cualquier máquina de Turing en un conjunto de teselas de Wang que forman el plano si y sólo si la máquina de Turing no se detiene. La indecidibilidad del problema de la detención (el problema de comprobar si una máquina de Turing se detiene finalmente) implica entonces la indecidibilidad del problema de las teselas de Wang. [4]
La combinación del resultado de indecidibilidad de Berger con la observación de Wang muestra que debe existir un conjunto finito de mosaicos de Wang que forman mosaicos en el plano, pero solo de forma aperiódica . Esto es similar a un mosaico de Penrose , o la disposición de los átomos en un cuasicristal . Aunque el conjunto original de Berger contenía 20.426 mosaicos, conjeturó que conjuntos más pequeños funcionarían, incluidos subconjuntos de su conjunto, y en su tesis doctoral inédita, redujo el número de mosaicos a 104. En años posteriores, se encontraron conjuntos cada vez más pequeños. [5] [6] [7] [8] Por ejemplo, Karel Culik II publicó un conjunto de 13 mosaicos aperiódicos en 1996. [6]
El conjunto más pequeño de mosaicos aperiódicos fue descubierto por Emmanuel Jeandel y Michael Rao en 2015, con 11 mosaicos y 4 colores. Utilizaron una búsqueda exhaustiva en computadora para demostrar que 10 mosaicos o 3 colores son insuficientes para forzar la aperiodicidad. [8] Este conjunto, que se muestra arriba en la imagen del título, se puede examinar más de cerca en el archivo: Wang 11 tiles.svg .
Los mosaicos de Wang se pueden generalizar de varias maneras, todas las cuales también son indecidibles en el sentido anterior. Por ejemplo, los cubos de Wang son cubos de igual tamaño con caras coloreadas, y los colores de los lados se pueden combinar en cualquier teselación poligonal . Culik y Kari han demostrado conjuntos aperiódicos de cubos de Wang. [9] Winfree et al. han demostrado la viabilidad de crear "mosaicos" moleculares hechos de ADN (ácido desoxirribonucleico) que pueden actuar como mosaicos de Wang. [10] Mittal et al. han demostrado que estos mosaicos también pueden estar compuestos de ácido nucleico peptídico (PNA), un imitador artificial estable del ADN. [11]
Los mosaicos Wang se han utilizado para la síntesis procedimental de texturas , campos de altura y otros conjuntos de datos bidimensionales grandes y no repetitivos; un pequeño conjunto de mosaicos fuente precalculados o hechos a mano se puede ensamblar de manera muy económica sin repeticiones y periodicidad demasiado obvias. En este caso, los mosaicos aperiódicos tradicionales mostrarían su estructura muy regular; los conjuntos mucho menos restringidos que garantizan al menos dos opciones de mosaico para dos colores laterales dados son comunes porque la capacidad de mosaico se asegura fácilmente y cada mosaico se puede seleccionar de manera pseudoaleatoria. [12] [13] [14] [15] [16]
Las fichas de Wang también se han utilizado en pruebas de decidibilidad de la teoría de autómatas celulares . [17]
El cuento " Las alfombras de Wang ", posteriormente ampliado a la novela Diáspora , de Greg Egan , postula un universo, completo con organismos residentes y seres inteligentes, encarnados como mosaicos de Wang implementados por patrones de moléculas complejas. [18]
