Se solía pensar que un conjunto era fácil de definir: era una colección de cosas. La única regla era que para cualquier cosa, tenía que saber con certeza si estaba en el set o no. Una base agradable y simple para toda la matemática.
Por ejemplo: el conjunto de todos los enteros. El conjunto de todas las personas llamadas Eric. El conjunto de todas las ideas abstractas.
Desafortunadamente, resulta que esta definición aparentemente inofensiva de un conjunto está bobobytrapped. La primera persona en señalar esto fue Bertrand Russell, quien, en 1901, se dio cuenta de la importancia de algo que hoy se conoce como la paradoja de Russell. Esta es, en esencia, la respuesta a su pregunta.
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Russell notó que algunos conjuntos se contienen . Por ejemplo, el conjunto de todo lo que no es una tetera se contiene a sí mismo (porque no es una tetera). El conjunto de todos los conjuntos se contiene a sí mismo. Y así. Esta es una consecuencia natural de la definición de un conjunto.
Un conjunto se contiene a sí mismo o no, por lo que debe haber un conjunto de todos los conjuntos que no se contengan a sí mismos . Y ahí está el problema. ¿Ese conjunto se contiene a sí mismo? Si lo hace, entonces no es un conjunto que no se contiene a sí mismo, por lo que no se contiene a sí mismo. Pero si no lo hace, entonces es un conjunto así, entonces lo hace.
Ups
Esta paradoja, y otras similares, muestran que las reglas de lo que ahora llamamos “teoría de conjuntos ingenua” conducen directamente a contradicciones. Las contradicciones son un desastre lógico, porque le permiten probar absolutamente cualquier cosa, ya sea verdad o no. Entonces, la idea simple, general y elegante de un conjunto con el que comenzamos contiene las semillas de su propia destrucción.
Los matemáticos han dedicado mucho tiempo y esfuerzo en los últimos cien años para descubrir qué hacer al respecto.
El propio enfoque de Russell era desarrollar lo que él llamó una “teoría de los tipos”, según la cual las declaraciones lógicas se organizan en una jerarquía, y solo se les permite referirse a cosas al mismo nivel que ellas. Al mismo tiempo, a Ernst Zermelo se le ocurrió otro enfoque (conocido como Teoría de conjuntos de Zermelo) basado en un nuevo conjunto de axiomas en el que los conjuntos solo podían definirse construyéndolos, no por reglas arbitrarias de membresía.
Desde entonces, la teoría de conjuntos de Zermelo se ha ampliado y refinado para crear la teoría de conjuntos de Zermelo-Fraenkel, que es el enfoque más utilizado en la actualidad. Sin embargo, todavía hay desacuerdos y dudas, particularmente sobre uno de los axiomas, conocido como el Axioma de Elección.
Esto dice que si tiene una colección de conjuntos, siempre puede construir un nuevo conjunto seleccionando un elemento de cada uno de ellos. Es una suposición perfectamente razonable si estamos hablando de una colección finita de conjuntos, pero su importancia surge cuando la colección de conjuntos es infinita. No está claro cómo hacer la selección si tiene un número infinito de conjuntos, y algunos matemáticos no les gusta la idea de suponer que esto siempre se puede hacer.
Como resultado, hay dos versiones alternativas de esta teoría: ZF, que omite el axioma de elección, y ZFC, que lo incluye. Hay algunos teoremas importantes que no se pueden probar sin el axioma de elección, por lo que ZFC es la versión que se usa la mayor parte del tiempo (aunque es un poco sospechoso).
Mientras tanto, todavía se proponen sistemas alternativos, como la ‘S’ de George Boulos.
Entonces ahí está tu respuesta. La definición simple y obvia de un conjunto utilizado en la ingenua teoría de conjuntos suena genial, pero explota en tu cara. Arreglar esto resulta ser un proceso bastante complicado, y aunque la mayoría de los matemáticos hoy en día están felices de definir conjuntos usando ZFC, no es el único enfoque y no todos están contentos con él. ZFC define un conjunto no en términos de lo que es , sino en términos de cómo hacer uno .
Es una pena que la base misma de las matemáticas modernas sea un poco tambaleante. Pero desafortunadamente, ahí es donde la lógica nos ha llevado.