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Una observación de Connes

En una entrevista (en http://www.alainconnes.org/docs/Inteng.pdf ) Connes señala que

Había estado trabajando en el análisis no estándar, pero después de un tiempo había encontrado una trampa en la teoría.... La cuestión es que en cuanto tienes un número no estándar, obtienes un conjunto no medible. Y en el círculo de Choquet, habiendo estudiado bien la escuela polaca, sabíamos que todo conjunto que se pueda nombrar es medible; así que parecía totalmente condenado al fracaso intentar utilizar el análisis no estándar para hacer física.

¿Qué quiere decir, a qué se refiere?

70voto

thedeeno Puntos 12553

...en cuanto tienes un número no estándar, obtienes un conjunto no medible.

Todo número natural no estándar $N$ da lugar a un ultrafiltro no principal $U$ en $\mathbb{N}$ diciendo que un conjunto $X\subset\mathbb{N}$ está en $U$ si y sólo si $N\in X^*$ el análogo no estándar de $X$ . En otras palabras, el ultrafiltro dice $X$ es grande si expresa una propiedad que el número no estándar $N$ tiene. Podemos considerar $U$ como un subconjunto de $2^\mathbb{N}$ que conlleva una medida de probabilidad natural. Pero un ultrafiltro no principal no puede ser medible en este caso, ya que la operación completa de cambio de bits, que preserva la medida, conlleva $U$ exactamente a su complemento, por lo que $U$ tendría que tener medida $\frac12$ pero $U$ es invariable por la operación de voltear cualquier número finito de bits, por lo que debe tener medida $0$ ou $1$ por La ley cero-uno de Kolmogorov . (Véase también este artículo de Blackwell y Diaconis que prueban el mismo hecho).

...todos los conjuntos que puedas nombrar son medibles.

Otra forma de decir que un conjunto es fácil de describir es decir que se encuentra bajo el jerarquía descriptiva de la teoría de conjuntos y los conjuntos más bajos son necesariamente medibles. Por ejemplo, todos los conjuntos de la jerarquía de Borel son medibles, y el contexto de Borel se describe a menudo como el dominio de explícito matemáticas. Bajo axiomas teóricos de conjuntos más fuertes, como cardinales grandes o PD, el fenómeno se eleva a niveles más altos de complejidad, pues bajo estas hipótesis se deduce incluso que todos los conjuntos de la jerarquía proyectiva son medibles por Lebesgue. Esto incluiría cualquier conjunto que se pueda definir cuantificando sobre los reales y los enteros y utilizando cualquiera de las operaciones matemáticas básicas.

23voto

David Grayson Puntos 22459

La crítica de Connes fue analizada recientemente por Kanovei, Katz y Mormann en este artículo de Fundamentos de la Ciencia (véase también arXiv 1211.0244 ). Este es el resumen:

Examinamos algunas de las críticas de Connes a los infinitesimales de Robinson a partir de 1995. Connes trató de explotar el modelo S de Solovay como munición contra el análisis no estándar, pero el modelo tiende a ser un bumerán, socavando el propio trabajo anterior de Connes en el análisis funcional. Connes describió los hiperreales como una "teoría virtual" y una "quimera", aunque reconoció que su argumento se basa en el principio de transferencia. Analizamos el experimento mental de Connes de "lanzamiento de dardos", pero llegamos a una conclusión opuesta. En S, todos los conjuntos definibles de reales son medibles por Lebesgue, lo que sugiere que Connes considera que una teoría es "virtual" si no es definible en un modelo adecuado de ZFC. De ser así, la afirmación de Connes de que una teoría de los hiperreales es 'virtual' queda refutada por la existencia de un modelo definible del campo hiperreal debido a Kanovei y Shelah. Los ultrafiltros libres no son definibles, y sin embargo Connes explotó tales ultrafiltros tanto en su propio trabajo anterior sobre la clasificación de factores en los años 70 y 80, como en la Geometría No Conmutativa, lo que plantea la cuestión de si esta última no puede ser vulnerable a la crítica de Connes sobre la virtualidad.

Analizamos los fundamentos filosóficos del argumento de Connes basado en el teorema de incompletitud de Goedel, y detectamos una aparente circularidad en la lógica de Connes. Documentamos la dependencia de material fundacional no constructivo, y en concreto de la traza de Dixmier (que aparece en la portada de la obra magna de Connes) y del teorema de Hahn-Banach, en el propio marco de Connes. También observamos una inexactitud en la crítica de Machover a la pedagogía basada en el infinitesimal.

Una breve reseña de Kanovei-Shelah es aquí.

Connes escribió en 2001 lo siguiente:

¿Qué conclusión se puede sacar del análisis no estándar? Esto significa que, como nadie podrá nombrar nunca un número no estándar, la teoría sigue siendo virtual (Connes et al. 2001, p. 16)

El significado exacto del verbo "nombrar" utilizado por Connes aquí no está del todo claro. Connes dio una pista sobre su significado en 2000, en los siguientes términos:

si te dan un número no estándar puedes producir canónicamente un subconjunto del intervalo que no es medible por Lebesgue. Ahora sabemos por la lógica (por los resultados de Paul Cohen y Solovay) que siempre será imposible producir explícitamente [sic] un subconjunto de los números reales, del intervalo [0, 1], digamos, que no sea medible por Lebesgue (Connes 2000a, p. 21, 2004, p. 14).

La referencia a Solovay indica que Connes se basa en el resultado, que puede encontrarse en Solovay (1970, p. 3, Teorema 2) sobre la existencia de un modelo S de la teoría de conjuntos ZFC, en el que (es cierto que) todo conjunto de reales definible a partir de una secuencia contable de ordinales es medible por Lebesgue. Así, cuando Connes afirma que la teoría sigue siendo virtual aparentemente quiere decir que la teoría sigue siendo indefinible .

Sin embargo, esto se contradice con la existencia de un campo hiperreal definible en ZF, con transferencia probable usando sólo el axioma contable de elección, y una suposición adicional de buena ordenabilidad (más débil que la buena ordenabilidad de los reales dada por Connes) que garantiza la propiedad; véase esta respuesta para más detalles.

9voto

arleine Puntos 26

Una búsqueda en Google hace que aparezca una página sobre el análisis no estándar en WorldLingo que cita una cita de Connes en la sección de críticas. Esto puede permitirle comprender mejor a qué se refiere Connes, dado que parece ser una reafirmación de lo que usted ha citado anteriormente:

La respuesta que da el análisis no estándar, el llamado real no estándar, es igualmente engañosa. A partir de cada número real no estándar se puede construir canónicamente un subconjunto del intervalo [0, 1], que no es medible por Lebesgue. No se puede exhibir ningún conjunto de este tipo (Stern, 1985). Esto implica que no se puede exhibir ni un solo número real no estándar.

La siguiente observación es:

A. Connes Noncommutative Geometry and Space-Time, página 55 en The Geometric Universe, Huggett et al. El punto de la crítica de Connes es que los hiperreales no estándar son tan ficticios como los conjuntos no medibles. Se puede demostrar que estos conjuntos existen, asumiendo el axioma de elección de la teoría de conjuntos, pero no son construibles. Los conjuntos no medibles suelen considerarse patológicos, una especie de irritante que hay que tolerar para poder disponer del axioma de elección.

Dado que hay fuentes que figuran en la lista, es posible que pueda obtener alguna información adicional al leer algunas de las referencias.

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/en/Non-standard_analysis#Criticisms

8voto

David Grayson Puntos 22459

Un artículo reciente de Leichtnam y mío ( arxiv ) en el Boletín Mensual de Matemáticas de Estados Unidos contiene un "teorema" según el cual, en presencia de una construcción de los hiperreales, es cierto lo siguiente: en cuanto se tiene un infinitesimal de Connes, se obtiene un conjunto no medible.

5voto

Eric Puntos 246

No creo que esta respuesta sea fundamentalmente diferente a la de Joel, pero quizás la diferente exposición pueda ayudar.

Cada número real irracional en $[0,1]$ tiene una expansión binaria única, por lo que cada número real irracional en ${}^\ast[0,1]$ tiene un único $\ast$ -expansión binaria. El conjunto de números reales irracionales cuya $N$ -es 0 (donde $N$ es un número natural infinito no estándar) no es medible por Lebesgue. Esto se deduce del Teorema de la Diferenciación de Lebesgue.

Poco a poco empiezo a comprender que adjetivos como "contable" y "medible", aunque se apliquen a conjuntos individuales, describen en realidad la teoría de conjuntos del entorno y no el propio conjunto.


Edición: La forma más débil del Teorema de la Diferenciación de Lebesgue es ésta: Sea $A\subseteq[0,1]$ ser medible. Para casi todos los $x\in A$ , $$ \lim_{r\to0^+} \frac{\lambda(A \cap (x-r,x+r))}{2r} = 1.$$ Tal $x$ suelen llamarse "puntos de densidad". Los enunciados más complicados permiten considerar espacios de medidas más generales que $[0,1]$ para integrar funciones (en lugar de tomar la medida de un conjunto), y lo más interesante, para considerar tipos de vecindades más generales que las bolas de radio $r$ . En el caso de los barrios "bonitos", esto se generaliza, y todavía se discute si determinados barrios son demasiado feos para ser bonitos, o no.

La conclusión es la siguiente: un conjunto medible tiene su medida positiva en grupos. El conjunto descrito anteriormente es también uniforme para ser medible.

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