¿Cambiarían las matemáticas si las leyes de la física que gobernaran el mundo fueran diferentes?

Últimamente he escrito un montón de respuestas serias, así que para compensar voy a ser tonto y discutir afirmativamente. Esto será difícil, dado que todo lo que sé de matemáticas es cómo calcular algunas cosas y no tengo idea de cuáles son las leyes fundamentales de la física. Pero tener una mala comprensión de las entidades sobre las que está discutiendo es esencialmente un requisito previo para la filosofía, por lo que confío en que mi ignorancia será excusada.

Tomemos el teorema de Pitágoras, que elegiré porque su historia ya está sumida en este lío de la naturaleza misteriosa de las matemáticas, la verdad y la realidad, y no quisiera arrastrar demasiadas buenas matemáticas a la basura. Entonces, ¿existiría el teorema de Pitágoras en un universo diferente?

Originalmente, los griegos y Kepler y personas similares pensaban que el teorema de Pitágoras y la geometría euclidiana en la que vive eran Verdad, como la Verdad última de Dios y el Significado de la Vida Humana y cosas así. Kepler

La geometría es una y eterna que brilla en la mente de Dios. Esa participación en los derechos humanos es una de las razones por las cuales la humanidad es la imagen de Dios.

y específicamente

La geometría tiene dos grandes tesoros; uno es el teorema de Pitágoras; el otro, la división de una línea en razón extrema y media. El primero podemos compararlo con una medida de oro; el segundo podemos nombrar una joya preciosa.

Al menos para Kepler, el teorema de Pitágoras es cierto porque Dios lo hizo realidad, lo incorporó al universo y, afortunadamente, lo dio a la raza humana.

“¡Disparates!” imaginariamente dices en mi mente. El teorema de Pitágoras es verdadero porque se deriva de axiomas. Los griegos y los del Renacimiento no tenían una comprensión adecuada. Su geometría está llena de agujeros. (Euclides 1.1 ni siquiera se sigue de sus axiomas).

Superamos a los griegos al descubrir primero geometrías no euclidianas en las que el teorema de Pitágoras ni siquiera es cierto, y finalmente desarrollamos un sistema aceptable de axiomas para la geometría euclidiana a principios del siglo XX. Si realmente quieres entender el teorema de Pitágoras, mira el Grundlagen der Geometrie de Hilbert y deriva el teorema de Pitágoras a partir de sus axiomas. Incluso puede escribir una prueba tan explícita que una computadora pueda verificar su precisión.

Debido a que el teorema de Pitágoras proviene de un sistema de axiomas, es una relación puramente lógica. No tiene nada que ver con la forma del espacio o la mente de Dios o la naturaleza de la realidad. No importa las leyes de la física, puede seguir el mismo razonamiento, suponiendo que haya decidido jugar con los mismos axiomas.

Pero, ¿qué son estos axiomas? ¿Cuáles son estos pasos de razonamiento que una computadora puede verificar? ¿Qué es este teorema de Pitágoras? ¿Qué son todas estas cosas sino partes del universo físico?

El teorema de Pitágoras se puede describir en palabras y diagramas escritos en una vitela con una pluma de pavo y tinta hecha de grafito molido en agua. También se puede describir en los datos almacenados en los dominios magnéticos del disco duro de una computadora, en la tiza en una pizarra, en el sonido de una persona que habla o en las conexiones entre las neuronas de un cerebro. Podríamos decir que el teorema de Pitágoras es el que todos estos sistemas físicos tienen en común. El teorema de Pitágoras es la relación lógica entre ellos.

Por lo tanto, para que exista el teorema de Pitágoras, para que su lógica encuentre la forma, debe haber algún sistema físico que codifique el patrón que se nos resume por [matemáticas] a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2 [/matemáticas].

En un universo sin vitela, el teorema de Pitágoras seguirá siendo cierto. Su declaración podría ser tachada en la tierra. Si no hubiera suciedad, podría existir en nuestras mentes. Pero si no hubiera mentes? ¿Sin átomos? Sin permanencia? ¿Qué pasaría si en toda la historia de este universo hipotético, ningún sistema físico se ensamblara de tal manera que codificara el teorema de Pitágoras y que ningún sistema pudiera teóricamente hacerlo? Entonces el teorema de Pitágoras no existiría y no sería cierto.

Supongamos que el universo consiste en, digamos, un cierto autómata celular. Podemos analizar el poder computacional de tales cosas. ¿Qué pasa si descubrimos que tal universo era literalmente incapaz de probar o representar ciertas partes de las matemáticas que conocemos? Entonces, que las matemáticas no solo permanecerían sin descubrir en el universo alternativo, de hecho no habría sentido en el que incluso existiera. Quizás este sea incluso el caso de nuestro universo. Quizás haya grandes recompensas de riquezas intelectuales que el modelo estándar simplemente es computacionalmente incapaz de representar, y nos eludirá hasta el final de los tiempos.

Sí, las matemáticas son pura lógica. La lógica pura es una idea abstracta, y esa abstracción no hace referencia a la física ni a los detalles serviles de la existencia. Pero todavía se ejecuta en hardware físico. Cambie el hardware lo suficiente y la abstracción dejará de existir.

Ningún resultado matemático depende de que las leyes de la física sean como son. Ni uno.

Algunos conceptos, hechos y pruebas se vuelven más o menos útiles o interesantes, tal vez, pero incluso esos son la excepción. Los números naturales, los números reales, las funciones complejas, los grupos, los anillos, las integrales, los ideales, los conjuntos, las variedades, las foliaciones, son completamente indiferentes a si la mecánica newtoniana o la relatividad general prevalecen en nuestro universo en particular, o si la constante estructura fina ocurre ser 1/137 o 944.

Los valores de verdad de las proposiciones matemáticas seguramente no cambiarían, pero lo que constituye una prueba válida podría cambiar. En particular, las afirmaciones verdaderas pero no demostrables en nuestro universo (que existen según los teoremas de incompletitud de Gödel) podrían ser demostrables bajo diferentes leyes de la física.

Lo que tengo en mente es esto: supongamos que en un universo paralelo, las leyes de la física permiten que las computadoras realicen cálculos en cantidades de tiempo arbitrariamente cortas . En nuestro propio universo, existen límites físicos fundamentales para la rapidez con que se pueden realizar los cálculos; ver por ejemplo el teorema de Margolus-Levitin. En el hipotético universo paralelo que estamos imaginando, no existen tales límites físicos. Por lo tanto, si tiene la tecnología adecuada, puede realizar cualquier cálculo, sin importar cuán complicado, en unidades de tiempo [matemáticas] \ epsilon [/ matemáticas], para cualquier umbral predeterminado [matemáticas] \ epsilón [/ matemáticas]. Y supongamos que las personas (o seres inteligentes) en este universo realmente tienen esta tecnología. Esto significa efectivamente que las computadoras construidas por estas personas pueden realizar una secuencia infinita de cálculos en un período de tiempo finito : hacer el primer cálculo en 1/2 de segundo, el segundo cálculo en 1/4 de segundo, el tercero cálculo en 1/8 de segundo, etc., de modo que la secuencia completa se complete en un segundo. Ordenado.

Ahora, para poder almacenar los resultados de una secuencia infinita de cálculos en una computadora de tamaño finito, también debemos suponer que en este universo paralelo, un bit puede almacenarse en un espacio físico arbitrariamente pequeño. Nuevamente, en nuestro universo, esto no se puede hacer debido a limitaciones fundamentales: un bit tiene que ser representado físicamente como algún “estado” de una partícula, y las partículas ocupan un volumen distinto de cero. Además, de acuerdo con nuestra comprensión actual de la mecánica cuántica, dos ubicaciones separadas por una distancia menor que la longitud de Planck son físicamente indistinguibles entre sí, por lo que cualquier parte de cualquier tecnología debe ocupar efectivamente un volumen mínimo de longitud de Planck en cubos. Por el contrario, en nuestro hipotético universo paralelo, no hay límites para cuán pequeño puede contener un espacio un poco. Entonces, como antes, se puede almacenar una secuencia infinita de bits en un espacio de almacenamiento finito : use la mitad del espacio para almacenar el primer bit, la mitad del espacio restante para almacenar el segundo bit, la mitad del espacio restante para almacenar el tercero poco, y así sucesivamente. Entonces, en este universo, puede almacenar el número [math] \ pi [/ math] (o cualquier otro número real) con precisión infinita, y puede hacer aritmética con números reales con precisión infinita. Ordenado.

No debería sorprendernos que en este universo, las pruebas matemáticas puedan ser muy diferentes de las pruebas matemáticas en nuestro propio universo. Considere, por ejemplo, la llamada conjetura de los primos gemelos, que dice que hay infinitos pares de números primos que difieren entre sí en dos (como 41-43 o 137-139). Este es un problema no resuelto (abierto) en nuestro universo, es decir, no sabemos si la conjetura del primo gemelo es cierta o no. Tal vez algún día lo sabremos, tal vez nunca lo sabremos.

Por otro lado, en el hipotético universo paralelo descrito anteriormente, podría programar una computadora para que simplemente cuente el número de todos los primos gemelos en un tiempo finito. La computadora puede verificar si 3-5 es un par de gemelos en el primer 1/2 de segundo, luego verificar si 5-7 es un par de gemelos en los siguientes 1/4 de segundo, luego verificar si 7-9 es un par doble gemelo en los próximos 1/8 de segundo, y así sucesivamente. Para el enésimo gemelo primo que encuentra la computadora, puede agregar 1/2 ^ n a una “variable de precisión infinita” que inicialmente se establece en cero. Al final del segundo, cuando todos los pares impares sucesivos han sido verificados para primalidad, el valor de esa variable será (exactamente) 1 si la conjetura de primos gemelos es verdadera, y será estrictamente menor que 1 si la conjetura es falso. De cualquier manera, establecemos el valor de verdad de la conjetura de los primos gemelos con absoluta certeza, es decir, tenemos una prueba de que es verdadero / falso. Puede ser una prueba aburrida y poco inspiradora, nada como la prueba de Euclides de la inifitud de los números primos (que también puede verificarse directamente en este universo paralelo, por cierto), pero no obstante es una prueba válida.

Puede pensar en muchos otros problemas abiertos que pueden resolverse mediante un cálculo simple en este universo, como la conjetura de Goldbach o la normalidad de pi.

David Deutsch habla de una idea similar en The Beginning of Infinity, cuando habla sobre la paradoja de Hilbert del Grand Hotel.

Alon argumenta que las matemáticas son independientes de las leyes de la física. Mark argumenta que las matemáticas son “lógica pura”, y que lo que hace que el teorema de Pitágoras sea verdadero es que existen formas de representar su verdad en el material del universo.

Desde una perspectiva diferente (como se describe en este artículo, por ejemplo), las matemáticas se basan en propiedades reales del mundo, como la cantidad, la simetría, la colección y la relación. (O como dice la definición del tema de Quora, las matemáticas son “[l] estudio de la cantidad, forma, cambio y espacio a través de deducciones e inferencias rigurosas”). Las verdades matemáticas son verdades acerca de estas propiedades, extraídas de instancias específicas de ellos, y conectados y extendidos por la lógica.

Desde esta perspectiva, las matemáticas realmente dependen de cómo es el mundo. Pero imaginar un mundo con diferentes matemáticas equivale no solo a modificar las leyes de la física, que como se expresa actualmente dependen de las nociones de cantidad, simetría, etc., sino imaginar un mundo en el que la cantidad, la simetría, etc. no existan. Dudo si tal mundo es realmente concebible.

La matemática es una creación humana, esencialmente inventando entidades y reglas que las gobiernan y luego pensando en lo que sigue. Muchas piezas de matemáticas han resultado o fueron inventadas para describir los fenómenos físicos que observamos. Es decir, las matemáticas de los espacios de Hilbert (espacios vectoriales lineales complejos) han resultado ser una descripción eficiente de la mecánica cuántica, los múltiples riemannianos resultaron ser excelentes para la relatividad general (y se inventó significativamente antes) y, por supuesto, Newton desarrolló el cálculo. y Leibniz para ocuparse de la mecánica.
Si las leyes de la física fueran muy diferentes, otras piezas de matemáticas las describirían, pero eso no invalida las matemáticas actuales. Incluso hoy tenemos muchos conceptos matemáticos y teorías que no describen la naturaleza. Sin embargo, nuestro énfasis en lo que enseñamos sería bastante diferente.
Mi experimento de pensamiento favorito de cuando era niño leía a Arthur C Clarke (creo) sobre algunas inteligencias gaseosas y me di cuenta de que un universo en el que todo es gaseoso o líquido (suponiendo que pueda ser) podría no poner mucho énfasis en lo natural números: después de todo, ¿qué habría para contar?

Como señaló el brillante matemático Richard Hamming en su ensayo “La efectividad irrazonable de las matemáticas” ( http://www.dartmouth.edu/~matc/M …), las ideas matemáticas que reciben la mayor atención son aquellas que encuentran alguna aplicación en ciencia o ingenieria.

Hay campos exóticos en matemáticas que comienzan con diferentes axiomas y llevan a conclusiones diferentes, pero reciben menos atención (y luchan por obtener financiación) porque no son particularmente útiles para los científicos e ingenieros.

Si las leyes de la física fueran descritas por esos conceptos matemáticos exóticos que son muy específicos para nosotros, entonces las escuelas y universidades estarían educando a los estudiantes en esas ideas. Las matemáticas que estudiamos seguirían siendo válidas en un universo alternativo, pero probablemente nadie se molestaría en trabajar debido a su utilidad limitada.

En un sentido. Digamos que el universo cambia para que la relación del diámetro de un círculo a su circunferencia sea 4. Todavía sería cierto que 2 + 2 = 4, pero ya no sería cierto que el volumen de una esfera es 4/3 * 3.14159etc * r ^ 3. ¿O digamos que el universo se ajustó para hacer que la energía sea proporcional al cubo de la velocidad en lugar del cuadrado? La mayoría de las ecuaciones de la física cambiarían, incluida la eliminación efectiva del concepto de momento y la curvatura necesaria del espacio para permitir que la adición del vector de velocidad produzca resultados que conserven la energía, sin embargo, hacer las mismas matemáticas calcularía el mismo resultado para sus cosas. fueron antes.

Estrictamente apegado a la relación entre Matemáticas y Física: la física es teoría, en la que se te ocurre una hipótesis para describir un determinado fenómeno y luego puedes usar las matemáticas para probar / refutar esa teoría. Maths le proporciona un marco que es consistente con todas las teorías posibles que se le ocurran en física. (Por ejemplo: las leyes de diferenciación e integración siguen siendo las mismas, ya sea que use física newtoniana / física moderna). Por lo tanto, no creo que las matemáticas puedan modificarse con cambios en las leyes de la física.

Mientras la consistencia lógica sea un requisito, la estructura subyacente del razonamiento matemático no cambiaría. Sin embargo, dado que gran parte de las matemáticas se han desarrollado resolviendo problemas en física y astronomía, el contenido (en oposición a la estructura) de las matemáticas cambiaría bastante.

Las pruebas válidas seguirían siendo válidas, incluso si se demuestra que las premisas son falsas.

En pocas palabras: la metodología no cambiaría pero el contenido sí.

Posiblemente. La matemática es, ante todo, un lenguaje. Un lenguaje muy humano. ¡Los matemáticos también son personas! 😀

Las matemáticas son obviamente diferentes a cualquier otro lenguaje humano. Es uno que es 100% fundable en su sintaxis. En matemáticas, la semántica es solo un accesorio para el asesinato. La sintaxis de las matemáticas es comprensible para todos los seres humanos, aunque en distintos grados. Por lo tanto, la sintaxis de las matemáticas es común para todos nosotros y, por lo tanto, está relacionada con los rasgos que tenemos en común. Puede estar en la estructura de nuestro sistema nervioso, puede estar en todas nuestras células, o puede estar en todas las partículas del universo. De cualquier manera, si las leyes de la física fueran diferentes, el universo sería diferente, por lo tanto, la sintaxis de las matemáticas potencialmente no sería la misma.

No.

  • Las matemáticas dependen de la lógica.
  • No en física.
  • Un triángulo siempre tendrá tres ángulos.
  • Las casas rojas siempre serán rojas (incluso si no hay casas rojas).

No. Las matemáticas son sobre un conjunto de criaturas que imaginamos.

Como los personajes de las novelas, a veces hacen cosas que sus creadores no esperan.

Por supuesto, tendríamos diferentes matemáticas si el entorno se comportara de manera diferente.

El argumento principal en apoyo de mi afirmación es el hecho de que la historia ha demostrado que incluso las ideas más abstractas en matemáticas pueden llegar a la física (por ejemplo, el trabajo de Atiyah, Witten y Connes). De esto podemos concluir que, en cierto sentido, las matemáticas reflejan el mundo real.
Los números reales, por ejemplo, se descubrieron debido a nuestra experiencia con cosas continuas como el tiempo y la distancia.
Del mismo modo, se puede argumentar que los axiomas que elegimos para las matemáticas están inspirados en nuestras experiencias con el mundo y, por lo tanto, dependen de nuestros “sentidos”.

La matemática como concepto abstracto no cambiaría, todas las reglas serían iguales. Pero las matemáticas que conocemos seguramente cambiarían. Si viviéramos en un mundo en el que no tenía sentido contar, los números naturales no habrían sido inventados / descubiertos. Pero aún existirían.

Cuando finalmente nos encontremos con ET probablemente tendremos una respuesta afirmativa.

En mi opinión, es muy probable que las matemáticas desarrolladas en diferentes lugares con diferentes culturas sean diferentes. Al igual que las teorías físicas resultantes.

Probablemente serán equivalentes o tal vez solo aproximadamente.

Tenemos dos ejemplos de este fenómeno.

La teoría cuántica se desarrolló de tres maneras diferentes que demostraron ser equivalentes.

Del mismo modo, varias personas, incluidas Church y Turing, desarrollaron de forma independiente teorías de la computación. De nuevo, se demostró que eran equivalentes.

No, porque las matemáticas no son “una cosa” sino definiciones inventadas.

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