¿Es una tontería trabajar en una gran teoría unificada o teoría de todo para las matemáticas?

No sé exactamente a qué te refieres con una gran teoría unificada de todo para las matemáticas, pero me recuerda un par de ideas relacionadas.

Stan Ulam escribió una vez que le gustaba pensar en preguntas sobre la “forma” general de las matemáticas. Preguntó si es posible, por ejemplo, que los resultados que conocemos hoy resulten ser corolarios fáciles de un pequeño número de profundos “teoremas maestros” que se descubrirán en el futuro. Si sucediera algo como esto, supongo que uno podría pensar que es una “teoría de todo en matemáticas” (o al menos todo lo descubierto hasta ese momento). Sin embargo, parece que es poco probable que sea posible.

Los matemáticos son aficionados a encontrar formas en que diferentes campos pueden influirse entre sí. Sin embargo, no es muy frecuente que un campo esté realmente incluido dentro de otro. El método de coordenadas se acerca a hacerlo, dándole a uno una forma de reducir un problema de geometría elemental a un problema sobre números reales, pero incluso en ese caso, no siempre es el caso de que aplicar coordenadas de inmediato sea La forma más fácil de resolver un problema de geometría elemental. Martin Davis describió cómo una vez intentó probar el teorema de Napoleón utilizando un método sistemático, y no funcionó bien.

Ese es un fenómeno común; Los problemas que en cierto sentido son “equivalentes” resultan tener diferentes naturalezas dependiendo de lo que cuenta como un ejemplo “típico”. Si le pregunta a la gente por problemas de geometría elemental y problemas elementales sobre la línea real, en principio puede traducir cada tipo de problema en un problema del otro tipo, pero los problemas que se le ocurren naturalmente en cada área no se traducen en los que parecen muy naturales en el otro campo. Algunos de los problemas tienen un sabor naturalmente geométrico, y algunos tienen un sabor natural de análisis real, por lo que realmente no se ha incluido uno en el otro.

Desarrollé un interés en la lógica cuando era adolescente motivado en parte por el deseo de hacer metamatemáticas (Metamathematics – Wikipedia). Probablemente la metamatemática es el campo que más se acerca a la búsqueda de una teoría general de las matemáticas. Una de las cosas que uno se da cuenta eventualmente (o al menos debería darse cuenta) es que cuando trata las matemáticas en un nivel de generalidad tan grande, limita en gran medida la relevancia de lo que uno puede decir sobre el caso particular. Es como hacer zoología exclusivamente al encontrar propiedades que tienen todos los animales. Posiblemente uno puede encontrar algunos datos interesantes como ese, pero la zoología se trata casi de casos mucho más específicos que eso. No llamaría a la metamatemática un “recado de tontos”; siempre existe una búsqueda entre los lógicos para encontrar resultados simultáneamente pertinentes a la forma en que se realizan las matemáticas reales y de un alto nivel de generalidad. Solo tenga en cuenta que este enfoque tiene sus limitaciones.

Hay un campo en la lógica llamado teoría de modelos, que en principio tiene un nivel bastante alto de generalidad. Sin embargo, algunos de los resultados más interesantes de las últimas décadas se refieren a casos relativamente particulares. La teoría de las “teorías O-minimal” (teoría o-minimal – Wikipedia) toma una de las propiedades de los números reales que hace posible resolver sistemáticamente problemas en geometría elemental, y luego se generaliza en base a eso. De todas las teorías que ves, solo una pequeña minoría son O-minimal. Pero entonces uno tiene una buena teoría de eso.

El problema no es que una “teoría de todo para las matemáticas” sea algo malo en lo que trabajar, el problema es que es un término sin sentido. No se refiere a nada, por lo que no puede trabajar en ello. Es como trabajar en splorkifunctual brastimation. ¿Sería una tarea tonta trabajar en la estimulación sexual? Supongo que sí, pero tal vez no, ¿puedes decirme qué es?

La física, y de hecho toda la ciencia, es un esfuerzo que tiene un objetivo razonablemente claro: describir la forma en que funciona el universo. Exactamente lo que podría implicar tal “descripción” no está completamente bien definido, pero lo hemos estado haciendo durante mucho tiempo y tenemos una idea bastante buena. Una teoría física que está redactada en términos matemáticos, se aplica a todos los órdenes de magnitud, hace predicciones exitosas y tiene un pequeño número de valores adimensionales que se considerarían una “teoría de todo”. No tenemos uno, y puede que nunca lo encontremos, pero al menos sabemos de qué se trata . Lo reconoceremos si viene y nos besa apasionadamente.

Para las matemáticas, este no es el caso. Las matemáticas no están relacionadas con este universo incidental en el que habitamos. Tiene que ver con … bueno, nadie lo sabe exactamente, pero cualquier estructura concebible es un juego justo para las matemáticas. Cualquier universo Cualquier juego que quieras inventar, cualquier estructura algebraica con seis operaciones y cinco reglas, cualquier entorno geométrico de dimensiones infinitas, esas y una infinita variedad de otras cosas son todas matemáticas legítimas.

Entonces, si alguien anuncia que finalmente han construido una Gran Teoría Unificada de Todo para las Matemáticas, los matemáticos dirían, muy bien, ahora vamos a generalizarlo. ¿Qué sucede si en lugar de este axioma usamos ese? ¿Qué pasa si doblamos las reglas para permitir eso?

Cualquier idea puede ser variada, extendida, modificada, deformada, especializada o generalizada. Los casos especiales son a menudo más difíciles que los generales. Las generalizaciones son infinitas en número. ¿Cómo es eso exactamente una teoría de todo ?

No pierdas tu tiempo persiguiendo lo que ni siquiera puedes definir. Haz matemáticas, si eso es lo tuyo, y si la unificación te excita, busca algo como la lógica de la teoría de la categoría superior. Pero no se deje engañar al pensar que solo porque “todo es una categoría”, entonces trabajar en la teoría de categorías lo hace resolver todas las matemáticas. Por supuesto que no, y eso está bien. Sigue siendo un campo realmente genial.

Ya no es necesario trabajar en una gran teoría de las matemáticas. Se ha hecho.

Hilbert, alrededor de 1900, habría dicho que la teoría de conjuntos era una gran teoría unificada de las matemáticas. Otros en ese momento habrían dicho que la lógica era la gran teoría unificada de las matemáticas. Ambos habrían tenido razón como cualquiera de los dos lo hará. Ahora tenemos otras bases para las matemáticas, como la teoría de categorías o la teoría de errores tipográficos [editar: escribí “teoría de topos”, pero mi estúpido corrector de hechizos lo convirtió en “teoría de errores tipográficos”. Pensándolo bien, quizás la teoría de los errores tipográficos es la teoría de todo.]

Hay muchas teorías en matemáticas que son lo suficientemente ricas como para abarcar todas las matemáticas. Además de los ya mencionados, puede usar teoría de números o gramáticas sensibles al contexto.

Habrá más en el futuro. Cada uno tendrá sus ventajas y desventajas. Probablemente sea mejor trabajar con más de uno.

Si su definición de una gran teoría unificada o teoría de todo para las matemáticas se extiende a la teoría de categorías, la respuesta es difícil .

En matemáticas, la teoría de categorías trata de manera abstracta las estructuras matemáticas y las relaciones entre ellas. Las categorías ahora aparecen en la mayoría de las ramas de las matemáticas y en algunas áreas de la informática teórica y la física matemática, y han sido una noción unificadora.

El término “sinsentido abstracto” ha sido utilizado por algunos críticos para referirse a su alto nivel de abstracción, en comparación con las ramas más clásicas de las matemáticas.

Teoría de la categoría, ¿Qué es la teoría de la categoría? y ¿Qué tan útil es la teoría de categorías para los matemáticos? son solo algunas de las preguntas con respuestas cubiertas aquí en Quora.

La respuesta de Brandon Smietana a una pregunta de Quora:

La teoría de categorías es una de las ideas matemáticas más poderosas del siglo pasado. La idea fundamental de la teoría de categorías es la noción del diagrama conmutativo, que es una forma extremadamente poderosa de representar todo para lo que usarías otra cosa.

La teoría de categorías es increíblemente poderosa. Todos los días sigo encontrando conceptos y descubriendo que la forma más natural de pensar en ellos es desde una perspectiva categórica. Sin embargo, la teoría de categorías es extremadamente general; incluso los teóricos de grupo a menudo lo consideran como “sin sentido abstracto”.

Aquí está, Terence Tao se responde a sí mismo (a partir de las 21:45), mira todo, discutieron todo, incluso si estamos viviendo en una simulación (cosas de Matrix) a la teoría unificada de todo.

Y mira cómo prospera Terry.

Me sorprende que nadie haya mencionado los teoremas de incompletitud de Gödel – Wikipedia