Fuerza de Consistencia

En una serie de posts de Facebook, un compañero de la facultad comentaba sobre la posibilidad de que la Conjetura de Goldbach sea independiente de los axiomas de la matemática. Yo creo que no es el caso, y supongo que los expertos que conocen de ambos temas coinciden conmigo, pero de todos modos es interesante que surja esta discusión.

En algún momento, se hizo una comparación con la geometría plana:

El caso de la geometria euclidea o no euclidea se trató porque justamente el quinto “axioma” no era tan necesario para describir una geometría global. Pero no es que las matemáticas vayan a ser distintas!

Es decir, puede haber varias geometrías (euclídeas o no) pero sólo una matemática, la verdadera. Sin embargo, los “nuevos axiomas” (como los que se presentan en este artículo de Quanta del año 2013) abren la posibilidad de elegir entre “dos matemáticas” distintas: una, en la que el universo matemático tiene cierta “canonicidad” (es una generalización del “universo constructible”, también desarrollado por Gödel); y otra, en la que el universo admite una propiedad de “completitud” (generalización del Teorema de Categoría de Baire).

En el primero vale la Hipótesis del Continuo; en el segundo, su negación. ¿Cuál es la verdadera?

depende de lo que aceptemos? o depende del universo?

Justamente: depende. Por eso hay que tener cuidado con el término “verdadero” en matemática. Hay objetos sobre los que hemos construido gran intuición (v.g., $\N$ y la aritmética), y es casi imposible hacer algún tipo de matemática sin creer en la “existencia” (mejor: consistencia) de los números naturales. Pero no mucho más allá: nuestro ojo matemático no ha podido ver de forma definida, o completa, otros objetos. Entender las “verdades” del objeto $\P(\P(\N))$ parece escapar (por ahora) de nuestro entendimiento; tanto, que algunos plantean que dicho conjunto de partes no existe. Por otro lado, es sorprendente la cantidad de matemática que habla (en el fondo) solamente de la estructura $(\N,\P(\N),+,\cdot)$; esto es el punto de la matemática reversa .

Un conjunto de axiomas es consistente si a partir de ellos no se deduce una contradicción, es decir, una expresión y su negación. Mediante una fina codificación inventada por Gödel, un conjunto de axiomas que permita expresar a la aritmética puede hablar internamente de demostraciones y por ende de consistencia; incluso, puede formular un enunciado $\Phi$ que representa a su propia consistencia. Ahora, su Segundo Teorema de Incompletidud dice que tal conjunto de axiomas no puede probar $\Phi$, i.e. su consistencia, si la tuviera. Pero sí podría probar su inconsistencia; simplemente, mostrando (la codificación de) una demostración que lleva a contradicción. Entonces, la búsqueda definitiva es justamente esa: la de la inconsistencia. Agregando axiomas cada vez más poderosos a los axiomas usuales de la matemática (como los axiomas de “cardinales grandes”), la capacidad de prueba aumenta; en particular, $\ZFC$ junto a cualquier axioma de cardinal grande $\mathit{CG}$ pueden demostrar “$\ZFC$ es consistente”. Decimos entonces que $\ZFC + \mathit{CG}$ tiene más fuerza de consistencia que $\ZFC$.

Y para la búsqueda de axiomas nuevos, cada vez más potentes, hay un máximo absoluto. A partir de la inconsistencia se puede demostrar cualquier cosa. Por eso no nos sirve. Mientras no la alcancemos, por más que subamos por la vertiginosa escalera de los cardinales, nuestra seguridad en nuestros fundamentos ($\ZFC$ y la Aritmética) se acrecentará.

Congreso “Dr. Antonio Monteiro” 2017

XIII Congreso MonteiroDel 31 de mayo al 2 de junio de 2017 se realizará en la ciudad de Bahía Blanca el XIII Congreso “Dr. Antonio Monteiro”, dedicado a Lógica en esta edición. Asimismo, habrá sesiones de comunicaciones temáticas en todas las áreas (Álgebra, Análisis, Geometría, Probabilidad y Estadística, Lógica y Matemática Aplicada).

Esta es una ocasión muy especial para mí porque daré un minicurso (de aproximadamente 4 horas) sobre un tema de Teoría de Conjuntos: el Axioma de Martin. Por ahora sólo puedo compartir el resumen del cursito, y con un poco más de tiempo contaré más sobre el tema (ya lo prometí en otro post). De hecho, gran parte del material está en un apunte del curso que di el año pasado (aún en edición), pero hay que adaptarlo para que tenga sentido para un minicurso (que es, más o menos, ¡el mismo trabajo que para adaptarlo para la web!).

A continuación, el resumen:

El enunciado del Axioma de Martin (MA) involucra conjuntos parcialmente ordenados y afirma la existencia de subconjuntos “genéricos” de los mismos. Es una consecuencia de la Hipótesis del Continuo de Cantor, y como ella es independiente del resto de los axiomas usuales de la Teoría de Conjuntos (o “la matemática”, dependiendo del punto de vista). Discutiremos aplicaciones de MA a problemas combinatorios, de Teoría de la Medida muy básicos y aritmética cardinal. Sin embargo, el mayor interés en MA radica en que sus preliminares coinciden en gran medida con los de la técnica de forzamiento (forcing), introducida por Cohen en 1963 y que sigue siendo la herramienta más importante de investigación en Teoría de Conjuntos.

¡Espero verlos por ahí!

Naïve set theory

This post is sort of a translation and a follow-up of a post in Spanish about the comparison between naïve and axiomatic set theory.

The point I made in the previous post is that

One leaves naïve set theory in the moment that first order logic (FOL) gets explicit.

Or, from a different perspective, when you realize in full the possibility of different models of set theory.
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Teoría de conjuntos ingenua

Abstract. I’ll discuss one view of the naïve-axiomatic dichotomy in Set Theory. My claim is that one leaves the “naïve” world when first order logic (or put differently, the possibility of different models of ZFC) becomes explicit.

En muchas ocasiones se utiliza el término teoría de conjuntos ingenua; incluso el libro de Halmos se llama así.

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Anti-Elección

El Axioma de Elección (AC, por sus siglas en inglés) dice que dada una familia $\calF$ de conjuntos no vacíos, puedo elegir un elemento de cada uno. Hay varias maneras equivalentes de formular esto más precisamente:

  • Hay una función $f$ tal que $f(A)\in A$ para todo $A\in\calF$;
  • (si los conjuntos de $\calF$ son disjuntos) Hay un conjunto $C$ tal que su intersección con cada $A\in\calF$ es un singulete;
  • etcétera.

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Problemas señeros (II)

Abstract. This is the second post dedicated to elementary problems with a set-theoretic solution. We discuss the impossibility of an infinite descending chain of sets $\{X_j\}_{j}$ such that $\P(X_{n+1})=X_n$. This is an exercise in Kunen .


El logaritmo no se puede iterar infinitamente

Muy fácil: números reales, operaciones usuales. Específicamente, operaciones que achican. Por ejemplo, “restar 1”. Desde que se inventaron los enteros, nadie teme iterar la operación resto-uno. Es decir, empezando en cualquier número (e.g. el 4) puedo aplicar la operación resto-uno arbitrarias veces y obtengo un resultado significativo. Incluso, infinitamente: puedo armarme una sucesión
\[x_0 \doteq 4 \qquad x_{n+1} \doteq x_n – 1,\]
que fácilmente enumeramos así: $4, 3, 2, 1, 0 , -1, -2,\dots$. Continue reading

Los axiomas de la Teoría de Conjuntos

Abstract. Just introducing the ZFC axioms very briefly, with a slight hint of what first-order logic is.


Se afirma que toda la Matemática se puede basar en la Teoría de Conjuntos. No voy a dedicar este post a justificar esta afirmación (quizá es un tema que se puede discutir en los comentarios a esta nota), sino simplemente voy a enumerar las propiedades de los conjuntos que permiten que esto pase.

Los axiomas que voy a introducir se conocen por los apellidos de Zermelo, Fraenkel y se incluye en su nombre explícitamente a uno de ellos (el de elección, o Axiom of Choice (AC) en inglés); para acortar ponemos ZFC.

La mayor parte de estos axiomas dan cuenta de operaciones “obvias” de construcción de conjuntos, o bien propiedades de clausura de los mismos. Continue reading