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Consecuencias para las matemáticas de las convenciones de la escritura humana

Cuando se aprende a leer y escribir, se aprende que las ideas fluyen en la página de izquierda a derecha (o de derecha a izquierda, y ocasionalmente de arriba a abajo, según la cultura). Cuando empiezas a aprender matemáticas, ves que siguen el mismo patrón. Una ecuación como $1+2=3$ se lee de izquierda a derecha (o de derecha a izquierda) y sigue la forma típica que se utiliza para escribir cualquier otra cosa. Esta convención de disposición horizontal nos sigue en las matemáticas superiores, especialmente en el álgebra. La multiplicación en grupos se escribe en horizontal, y hay una confusión perenne derivada de la diferencia entre multiplicación por la derecha y multiplicación por la izquierda. Las secuencias exactas se escriben en horizontal. etc. Por supuesto, no todas las matemáticas están codificadas en expresiones algebraicas dispuestas horizontalmente, pero es ciertamente una base para muchos conocimientos.

Tengo curiosidad por saber si hay algún cuerpo de pensamiento que examine cómo nuestras matemáticas están moldeadas o limitadas por nuestras convenciones para organizar las ideas horizontalmente en una página. Tal vez incluso haya limitaciones por el mero hecho de que escribimos cosas en una página. Y tal vez sea un caso de "no se puede saber lo que no se sabe". Pero sería interesante recopilar ejemplos de la historia de las matemáticas en los que la ruptura de estas convenciones de pensamiento haya dado lugar a grandes avances.

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Como mencionó Noah en los comentarios, John Baez y otros teóricos de la categoría han estado pensando en "sistemas de escritura alternativos" que pueden simplificar ciertos cálculos algebraicos. Esto suele deberse a que, en realidad, hay algo de álgebra "dimensional superior" bajo la superficie (véase aquí para un debate).

Como ejemplo concreto de esto, ¿has visto la prueba "bidimensional" de Eckmann-Hilton? La idea es que, en lugar de tener dos multiplicaciones $\star$ y $\circ$ En cambio, pensamos en ellas como multiplicación "horizontal" y "vertical". Puedes encontrar la prueba a la que me refiero en el página de wikipedia y probablemente estarás de acuerdo en que es la mejor manera de hacer las cosas.

Ahora bien, ¿qué tiene esto que ver con el "álgebra dimensional superior"? La respuesta depende de su estómago para las tonterías abstractas.

Quizá lo más concreto es que el argumento demuestra que los grupos de homotopía superiores de un espacio topológico son abelianos. Ahora bien, estos grupos de homotopía superiores deben tener al menos dos dimensiones por las que moverse (eso es lo que los hace "superiores") y el argumento de Eckmann-Hilton dice que podemos barajar estas dos celdas para obtener la conmutatividad. Evidentemente, se trata de un fenómeno bidimensional, y la prueba se simplifica mucho cuando permitimos la notación algebraica "bidimensional" para mostrarlo. Puedes ver más en una respuesta (característicamente excelente) de Qiaochu aquí .

De forma menos concreta, este cómputo se ve mejor con el "álgebra 2D" porque en realidad es un cómputo que ocurre dentro de una categoría 2. En general, los cálculos dentro de n-categorías se representan mejor con "operaciones n-dimensionales". Por ejemplo, cuando dibujamos diagramas conmutativos, a menudo tenemos homotopías "de mayor dimensión" que atestiguan la conmutatividad. Así que podemos tener un cubo como este, en el que hay que pensar que son sólo los vértices y las aristas (es decir, sólo la estructura de 0 y 1 dimensión)

a cube

entonces saber que las caras conmutan equivale a "rellenar" las caras con cuadrados 2d, y mostrar que toda la caja conmuta rellena el cubo (hueco) resultante con una celda 3d.

Este tipo de argumentos son todos de "alta dimensión" y este es realmente su escenario natural.

De hecho, como los teóricos de las categorías tienen que hacer muchos cálculos con diagramas conmutativos (que naturalmente viven en dimensiones más altas), hay una historia bastante rica en la elaboración de manipulaciones algebraicas que funcionan bien con estas estructuras de dimensiones más altas. Véase diagramas de cadena y operads por ejemplo.


Espero que esto ayude ^_^

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