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¿Alguien duda aún seriamente de la coherencia de $ZFC$ ?

Como autodidacta en la teoría de conjuntos que comenzó con el excelente libro de Donald Monk sobre la teoría de conjuntos MK, $ZFC$ siempre ha parecido una teoría de conjuntos débil.

A pesar de ello, la mayoría de los matemáticos profesionales contemporáneos parecen seguir considerándola una teoría muy poderosa, que aporta más de lo necesario para su trabajo.

¿Hay algún matemático profesional que dude seriamente de la consistencia de $ZFC$ y, en caso afirmativo, ¿por qué?

Escribí algunos artículos este año proponiendo teorías de conjuntos mucho más fuertes que $ZFC$ y a medida que el año se acerca a su fin me encuentro tomando la consistencia de $ZFC$ como una "creencia religiosa". ¿Hay algún hereje presente?


EDIT: Las respuestas a esta pregunta han sido todas fascinantes, y suponen uno de los mejores regalos de navidad con los que me he despertado. Gracias a todos y ¡feliz Navidad!

44voto

thedeeno Puntos 12553

Cuando yo era estudiante de posgrado, Jack Silver era famoso por intentar refutar, en primer lugar, la existencia de cardinales mensurables y, en segundo lugar, la consistencia de ZFC. Su intento de refutar los cardinales medibles condujo directamente a la teoría de los indiscernibles ordinales sobre $L$ y $0^\sharp$ que son ahora una parte esencial de nuestra comprensión de la naturaleza del universo construible en presencia de grandes cardinales. Qué asombrosa y valiosa contribución al tema había hecho de ese modo, aunque nunca hubiera logrado su objetivo inicial de refutar los cardinales mensurables.

Y aunque he oído a mucha gente hablar en contra del programa de investigación de incoherencias de Silver, mi opinión siempre ha sido:

Observación principal. No podemos demostrar que las ideas de Silver sobre la incoherencia sean incoherentes.

Debido al teorema de incompletitud, sabemos que incluso si ZFC es consistente, entonces es consistente con ZFC sostener que son inconsistentes. Por lo tanto, la visión del mundo de Silver será tan consistente como la de su oponente, y nunca habrá un argumento contra la opinión de que ZFC es inconsistente que no plantee la pregunta asumiendo que esta teoría es consistente o algo más fuerte.

Mientras tanto, por supuesto, muchos teóricos de conjuntos, incluyendo casi todos los teóricos de conjuntos cardinales grandes (pero no todos, como Silver), creen no sólo que ZFC es consistente, sino que la consistencia está mucho más arriba en la jerarquía cardinal grande. No hay pruebas, por las razones que he dado más arriba.

Otra parte de mi opinión, sin embargo, es que precisamente porque no podemos demostrar que ZFC y los grandes cardinales son consistentes es por lo que nos interesan. A saber, Gödel había identificado con su teorema el fenómeno de la incompletitud, y a partir de ahí sabemos de la existencia de una torre de teorías que se sitúa transfinitamente por encima de cualquier teoría fundacional que podamos considerar. Nosotros conozca hay una torre de teorías más fuertes por encima de cualquier teoría $T$ que podríamos tener. Una forma de construir tal torre de teorías es formar las teorías $T+\text{Con}(T)$ y $T+\text{Con}(T+\text{Con}(T))$ etc.

Pero lo notable es que las propias teorías de los grandes cardinales instancian la torre predicha de fuerza de consistencia creciente. Estas teorías no están formadas por algún cierre trivial bajo enunciados de consistencia, sino que expresan enunciados profundos de combinatoria infinita incontable. Así pues, estos axiomas tienen un interés independiente y, sin embargo, cumplen la predicción de la torre de fuerza de consistencia.

Así que nos alegramos de haber encontrado en la gran jerarquía cardinal la torre predicha de la fuerza de consistencia, y no es preocupante que no podamos demostrar la consistencia - más bien, esta era justo la característica que estábamos buscando.

Descargo de responsabilidad. Aunque he oído a Silver hablar largo y tendido sobre la teoría de conjuntos, pues he asistido a varios de sus cursos de posgrado, ni una sola vez le oí hablar de su programa de investigación sobre la inconsistencia. Todo lo que sé al respecto es de segunda mano, de otros teóricos de conjuntos de alto nivel de los que no tengo motivos para dudar. Supongo que, a la luz de la amplitud de los puntos de vista opuestos, podría haber tenido algún sentido o ser al menos comprensible que Silver mantuviera su programa de investigación relativamente en privado. Pero, en realidad, me hubiera gustado que diera una serie de charlas sobre su programa de investigación y sus puntos de vista sobre el asunto, ¡hubiera sido fascinante! (Desde mi perspectiva actual, lo achaco a las diferentes normas culturales sobre los niveles tolerables de desacuerdo en matemáticas frente a filosofía).

34voto

Bob Somers Puntos 4186

Durante décadas no sospeché especialmente de la consistencia de ZFC, pero me sorprendió bastante cómo se había convertido en la elección estándar cuando contenía axiomas como el Reemplazo, que parecían no ser utilizados por todos los matemáticos que no fueran lógicos. Hace relativamente poco aprendí a utilizar demostradores de teoremas interactivos, y el demostrador que utilizo utiliza una teoría de tipos dependientes como base. Mi impresión de la teoría de tipos dependientes es que no tiene axiomas "exóticos", por lo que siempre me ha parecido "mucho más consistente" en cierto sentido: parecía tener lo mínimo para hacer matemáticas y nada más. Por eso me sorprendió aprender más tarde que la teoría de tipos dependientes de Lean es equiconsistente con "ZFC + para todos los naturales n, existen n cardinales inaccesibles", una teoría manifiestamente más fuerte que ZFC; aunque me imagino que la mayoría de los matemáticos están contentos de creer que ZFC es consistente, algunos expresan su preocupación por los cardinales grandes. Así que esto me pareció otra versión de la dicotomía "el lema de Zorn es claramente cierto, pero el principio de buen orden es claramente falso" (o como se diga): cuando se presenta de la forma adecuada, ZFC puede parecer incluso más "obviamente consistente". En cierto sentido, este otro punto de vista sobre ZFC me hizo creer firmemente en su consistencia, porque la teoría de tipos en realidad modela las matemáticas de una forma mucho más parecida a como yo las modelo mentalmente (por ejemplo, en realidad no creo que $\sqrt{2}$ es un conjunto, y sin duda Gauss/Euler tampoco).

Un último comentario respecto a los cardinales grandes -- la gente parece estar nerviosa por ellos porque la existencia de un inaccesible implica que ZFC es consistente, lo cual no puede ser demostrado dentro de ZFC por Goedel. Sin embargo, como Jeremy Avigad me señaló, si estamos haciendo matemáticas en ZFC (como muchos de nosotros - yo no uso los universos superiores de Lean, por ejemplo), entonces estamos asumiendo implícitamente que es consistente (porque de lo contrario estaríamos perdiendo el tiempo), así que ¿por qué nos preocupamos de que la gente asuma algo que creemos de todos modos?

17voto

Earls Puntos 98

George Boolos, eminente filósofo y lógico, escribió lo siguiente (quizá un poco irónico):

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Continuó durante un rato, y luego...

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(De G. Boolos, Lógica, lógica y lógica , capítulo 8: "¿Debemos creer en la teoría de conjuntos?")

La respuesta a su pregunta es "sí". Al menos sugiere que quizá "la teoría de conjuntos no es verdadera" (no es lo mismo que "formalmente inconsistente"). El cardinal que menciona no se considera normalmente "grande": ni siquiera es débilmente inaccesible. La prueba de que existe es fácil.

Mi conocimiento personal de la formalización de las matemáticas en el asistente de pruebas Isabelle/HOL sugiere que ZFC es mucho, mucho más fuerte de lo necesario para la mayoría de las matemáticas, con la obvia excepción del estudio de la propia ZFC. Un gran número de construcciones matemáticas avanzadas -incluso los esquemas de Grothendieck, que algunos creen que requieren más que ZFC- entraron fácilmente en Isabelle/HOL. La lógica de orden superior es más débil incluso que la teoría de conjuntos de Zermelo, que (al carecer del axioma de Sustitución) es a su vez mucho más débil que ZFC. Por tanto, si se descubriera que ZFC es inconsistente, las matemáticas sobrevivirían.

13voto

Vetle Puntos 413

Esto es básicamente un comentario largo. Me gusta Nik Weaver cuidadosa distinción entre la cuestión de si ZFC es consistente y la cuestión de si es (por ejemplo, aritméticamente) sólida, y me gustaría proponer un refinamiento de la pregunta no sólo a si la gente piensa que ZFC podría ser inconsistente o poco sólida, sino más bien: si te dijeran que ZFC es inconsistente o poco sólida, ¿qué axioma caería bajo tu sospecha como algo a desechar (editar: o debilitar) primero?

  • Encontrar un sospechoso de reemplazo es algo que ya se ha planteado .
  • Un finitista podría considerar sospechoso el axioma del infinito, pero probablemente nadie más.
  • Por supuesto, siempre ha habido un aire de sospecha en torno al axioma de la elección. Personalmente no creo que, por ejemplo, los conjuntos no mensurables existan en ningún sentido razonable, así que simpatizo con este tipo de cosas.
  • Nik Weaver ha argumentado en contra del axioma del conjunto de potencias, por ejemplo en El concepto de conjunto que a mí personalmente me abrió los ojos.

7voto

dtsomp Puntos 101

Algunos detalles más sobre el trabajo de Nelson:

Durante la mayor parte de su vida, Ed Nelson trató de demostrar que la Aritmética de Peano (y sistemas más débiles) era de algún modo inconsistente.

Esto se basaba (inicialmente) en la idea de que se podía tomar la enumeración de todas las funciones recursivas parciales y de alguna manera hacer que esta construcción fuera total, derivando así una contradicción (mediante un argumento diagonal).

Más tarde, Ed refinó esto para intentar demostrar que la función exponencial conducía a la incoherencia. Esto estaba motivado por el marco Bellantoni-Cook de recursividad segura en el que la función exponencial destacaba por ser la "primera" función con propiedades excepcionales.

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