Autor Tema: ¿El axioma de elección sirve para algo útil realmente?

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09 Agosto, 2024, 06:47 am
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Masacroso

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Buenas. He estado leyendo sobre análisis funcional estos días y me he encontrado con muchísimos resultados (por no decir casi todos) que dependen de asumir el axioma de elección, lo cual me deja un regusto bastante amargo y me lleva a pensar que tal axioma debería abandonarse por completo en las matemáticas.

Me explico: muchos resultados en donde aparece el axioma de elección lleva a soluciones que nunca pueden ser construidas explícitamente y que, cualquier aproximación explícita a un resultado no explícito no cumple tal teorema, luego en el uso práctico de las matemáticas, en aplicaciones del mundo real (tecnología, etc...) no veo que resultados de ese tipo sirvan para algo.

Entonces, ¿para qué sirve el axioma de elección, aparte de para tener una fantasía consistente en el ideario matemático? ¿Hay algún motivo para pensar que pueda ser útil a largo plazo, respecto a aplicación al mundo real? Y si no es así, ¿no sería mejor abandonarlo y centrarse en aspectos de las matemáticas que puedan tener algún uso práctico?

El único motivo que se me ocurre para aceptarlo es por economía del pensamiento/conocimiento. Es decir: aceptarlo podría servir para estructurar, de manera más eficiente, las diversas teorías matemáticas que si no se aceptara. Bueno, espero vuestras opiniones.

09 Agosto, 2024, 07:18 am
Respuesta #1

argentinator

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Te hago esta pregunta.

Supongamos que te dan infinitos conjuntos \(  A,_1 , A_2, ...\) que son infinitos y no vacíos.

Ahora formar los productos cartesianos \(P_1 = A_1, P_2 = A_1 \times A_2 , P_3 = A_1\times A_2 \times A_3,...\).

Claramente cada conjunto \(P_j\) es no vacío.
Además es claro que se puede definir una función inyectiva de cada producto en el siguiente, es decir, de \(P_j\) en \(P_{j+1}\).
Esto noa dice que el cardinal de cada uno de esos poductos es menor o igual que el de su producto siguiente.

Ahora considerar el producto cartesiano

\[V=A_1\times A_2\times A_3 \times ...\]

¿El cardinal de \(V\) es mayor o igual que el de cada producto \(P_j\)?

¿El cardinal de \(V\) es infinito?

¿El producto cartesiano \(V\), como conjunto, es no vacío?



09 Agosto, 2024, 07:43 am
Respuesta #2

Masacroso

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Te hago esta pregunta.

Supongamos que te dan infinitos conjuntos \(  A,_1 , A_2, ...\) que son infinitos y no vacíos.

Ahora formar los productos cartesianos \(P_1 = A_1, P_2 = A_1 \times A_2 , P_3 = A_1\times A_2 \times A_3,...\).

Claramente cada conjunto \(P_j\) es no vacío.
Además es claro que se puede definir una función inyectiva de cada producto en el siguiente, es decir, de \(P_j\) en \(P_{j+1}\).
Esto noa dice que el cardinal de cada uno de esos poductos es menor o igual que el de su producto siguiente.

Ahora considerar el producto cartesiano

\[V=A_1\times A_2\times A_3 \times ...\]

¿El cardinal de \(V\) es mayor o igual que el de cada producto \(P_j\)?

¿El cardinal de \(V\) es infinito?

¿El producto cartesiano \(V\), como conjunto, es no vacío?




Y yo te contra-pregunto, ¿sirve esto para algo en el mundo real, tiene alguna posible aplicación tecnológica el considerar si un producto cartesiano de infinitos conjuntos es vacío o no? Quiero decir, el tema del hilo no es sobre buscar argumentos para los cuales el axioma de elección es más o menos "razonable", sino ver si sirve para algo en el mundo real.

Como digo, puede ser útil (o al menos lo parece) en un mundo mental, para ordenar una teoría matemática. Pero como las matemáticas están profundamente conectadas a sus aplicaciones en el mundo real me pregunto si no sería mejor abandonarlo. ¿Para qué se querrían estudiar cientos de teoremas inaplicables al mundo? ¿No es casi lo mismo que divagar sobre el sexo de los ángeles?

09 Agosto, 2024, 09:39 am
Respuesta #3

EJ

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¿para qué sirve el axioma de elección, aparte de para tener una fantasía consistente en el ideario matemático? ¿Hay algún motivo para pensar que pueda ser útil a largo plazo, respecto a aplicación al mundo real? Y si no es así, ¿no sería mejor abandonarlo y centrarse en aspectos de las matemáticas que puedan tener algún uso práctico?

Hola. Vayamos por partes. El análisis funcional proporciona estructuras que se aplican eficientemente en modelos en física (mecánica cuántica), teoría de la señal (análisis de Fourier, wavelets). El axioma de elección produce un modelo consistente, aplicable a situaciones reales. Mira también la teoría de las distribuciones de Schwartz, y sus aplicaciones impresionantes a la resolución de ecuaciones en derivadas parciales. El gran Lars Hörmander pensaba como tú y en su monografía las define y trabaja con ellas evitando en todo momento hablar de espacios localmente convexos.

Una vez dicho esto, el 99,9999999% de los teoremas que se producen cada año no se aplicarán jamás. No sólo en análisis funcional, la mayoría de teoremas anuales demostrados en la llamada "matemática aplicada" no tendrán tampoco aplicación tangible. Los matemáticos investigamos en nuestro mundo abstracto porque disfrutamos con ello. Es un mundo donde el debate se gana por aplastamiento y donde nada es relativo, no valen argumentos como en el fútbol y la política, nada es "a interpretación del VAR". Es un mundo precioso dónde cuando llegas a una prueba sencilla de un resultado probado de forma más laboriosa anteriormente disfrutas de la belleza del modelo consistente construido bajo los axiomas de grandes mentes. Ojalá se aplicarán algún día, eso siempre nos hace felices. Pero abandonar el estudio de matemática pura en aras de la inmediatez, acabaría matándolas.

Respecto al análisis funcional, el teorema de Hahn Banach asegura una estructura rica de operadores lineales y continuos. Cuando tal operador "no tangibl" es necesario en un modelo, la posible aplicación viene por aproximaciones a ese operador  por operadores tangibles utilizando teoremas de densidad.

09 Agosto, 2024, 10:14 am
Respuesta #4

Juan Pablo Sancho

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Me parece extraño de no usar por que no sea aplicable , cuando en matemáticas hay una cantidad inmensa de aplicaciones que en su origen no tenían esa intención, por ejemplo la teoría de números.

09 Agosto, 2024, 11:01 am
Respuesta #5

Masacroso

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Hola. Vayamos por partes. El análisis funcional proporciona estructuras que se aplican eficientemente en modelos en física (mecánica cuántica), teoría de la señal (análisis de Fourier, wavelets). El axioma de elección produce un modelo consistente, aplicable a situaciones reales. Mira también la teoría de las distribuciones de Schwartz, y sus aplicaciones impresionantes a la resolución de ecuaciones en derivadas parciales. El gran Lars Hörmander pensaba como tú y en su monografía las define y trabaja con ellas evitando en todo momento hablar de espacios localmente convexos.

Una vez dicho esto, el 99,9999999% de los teoremas que se producen cada año no se aplicarán jamás. No sólo en análisis funcional, la mayoría de teoremas anuales demostrados en la llamada "matemática aplicada" no tendrán tampoco aplicación tangible. Los matemáticos investigamos en nuestro mundo abstracto porque disfrutamos con ello. Es un mundo donde el debate se gana por aplastamiento y donde nada es relativo, no valen argumentos como en el fútbol y la política, nada es "a interpretación del VAR". Es un mundo precioso dónde cuando llegas a una prueba sencilla de un resultado probado de forma más laboriosa anteriormente disfrutas de la belleza del modelo consistente construido bajo los axiomas de grandes mentes. Ojalá se aplicarán algún día, eso siempre nos hace felices. Pero abandonar el estudio de matemática pura en aras de la inmediatez, acabaría matándolas.

Respecto al análisis funcional, el teorema de Hahn Banach asegura una estructura rica de operadores lineales y continuos. Cuando tal operador "no tangibl" es necesario en un modelo, la posible aplicación viene por aproximaciones a ese operador  por operadores tangibles utilizando teoremas de densidad.

Todo esto que comentas lo entiendo, y lo comparto en parte. Pero yo me refiero a resultados que no son aproximables y que, por tanto, casi da igual si esos elementos "existen" o no lo hacen. Por ejemplo, leía esta mañana un resultado del siguiente tipo: en un espacio vectorial de dimensiones infinitas para toda norma completa (es decir, norma que hace al espacio Banach) existe al menos otra norma completa que no es equivalente a la primera. Buscando más información al respecto según parece la segunda norma no se puede explicitar (no sé si será cierto, pero eso leí en un comentario en MSE, a saber si es verdad).

Después de leer varios teoremas de este tipo, sobre existencia de objetos que no son aproximables (lo que implica una cierta contradicción al concepto de "análisis matemático") y que, por tanto, nunca van a tener ningún impacto (al menos directo) en las aplicaciones de las matemáticas, me preguntaba si vale la pena perder el tiempo aprendiendo unos teoremas de ese tipo.

Me parece extraño de no usar por que no sea aplicable , cuando en matemáticas hay una cantidad inmensa de aplicaciones que en su origen no tenían esa intención, por ejemplo la teoría de números.

Ya, pero este caso es especial: si tienes un objeto que es explícitamente (según la teoría) imposible de aproximar, y que por tanto no se va a usar nunca para ningún cálculo numérico real, pues ya uno empieza a pensar si eso no es lo mismo que divagar sobre el color del amor, y cosas así.

09 Agosto, 2024, 11:21 am
Respuesta #6

Carlos Ivorra

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Pero yo me refiero a resultados que no son aproximables y que, por tanto, casi da igual si esos elementos "existen" o no lo hacen. Por ejemplo, leía esta mañana un resultado del siguiente tipo: en un espacio vectorial de dimensiones infinitas para toda norma completa (es decir, norma que hace al espacio Banach) existe al menos otra norma completa que no es equivalente a la primera. Buscando más información al respecto según parece la segunda norma no se puede explicitar (no sé si será cierto, pero eso leí en un comentario en MSE, a saber si es verdad).

Después de leer varios teoremas de este tipo, sobre existencia de objetos que no son aproximables (lo que implica una cierta contradicción al concepto de "análisis matemático") y que, por tanto, nunca van a tener ningún impacto (al menos directo) en las aplicaciones de las matemáticas, me preguntaba si vale la pena perder el tiempo aprendiendo unos teoremas de ese tipo.

El resultado que mencionas tiene una utilidad muy concreta, y es que si alguien está estudiando un espacio de Banach y, en un momento dado, se pregunta si puede demostrar que cualquier norma completa en ese espacio será equivalente a la que ya tiene (porque ese resultado le vendría bien para probar cualquier cosa que esté tratando probar), ya sabe que eso no lo va a poder demostrar. Si conoce el teorema que mencionas, se ahorrará dedicar un tiempo de su (valiosa) vida a intentar demostrar algo que podría parecer plausible, pero que, en realidad, es imposible demostrar. Y probablemente no sea obvio que es imposible demostrarlo. La utilidad del teorema que mencionas es, pues, evitar que muchos matemáticos pierdan su tiempo intentando algo imposible.

09 Agosto, 2024, 11:29 am
Respuesta #7

Masacroso

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El resultado que mencionas tiene una utilidad muy concreta, y es que si alguien está estudiando un espacio de Banach y, en un momento dado, se pregunta si puede demostrar que cualquier norma completa en ese espacio será equivalente a la que ya tiene (porque ese resultado le vendría bien para probar cualquier cosa que esté tratando probar), ya sabe que eso no lo va a poder demostrar. Si conoce el teorema que mencionas, se ahorrará dedicar un tiempo de su (valiosa) vida a intentar demostrar algo que podría parecer plausible, pero que, en realidad, es imposible demostrar. Y probablemente no sea obvio que es imposible demostrarlo. La utilidad del teorema que mencionas es, pues, evitar que muchos matemáticos pierdan su tiempo intentando algo imposible.

Buen punto. En ese caso tal teorema podría tener una aplicación indirecta. Pero me sigue dejando la sensación de estar construyendo castillos en el aire de muy dudosa utilidad.

09 Agosto, 2024, 11:44 am
Respuesta #8

Carlos Ivorra

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Buen punto. En ese caso tal teorema podría tener una aplicación indirecta. Pero me sigue dejando la sensación de estar construyendo castillos en el aire de muy dudosa utilidad.

Detallo más la situación: es bien conocido que en un espacio vectorial (sobre \( \mathbb R \) o \( \mathbb C \)) de dimensión finita, todas las normas son equivalentes. Resulta natural preguntarse si no habrá una clase más amplia de espacios vectoriales, aparte de los de dimensión finita, en los que dos normas sean necesariamente equivalentes o, al menos, dos normas completas.

No cabe duda de que si dispusiéramos de  un resultado que dijera que si un espacio vectorial tiene una norma completa que cumple tal y cual, entonces cualquier otra norma completa es equivalente a la dada, eso sería útil para muchas cosas.

Por lo tanto, no es raro que haya muchos matemáticos que tengan alguna idea sobre qué podría exigirse como "tal y cual" para obtener un resultado de ese tipo. No es raro que muchos matemáticos dediquen parte de su tiempo a encontrar una respuesta a ese problema que será más útil cuanto más amplia sea la clase de espacios encontrados, cuanto menos restrictivas sean las condiciones "tal y cual".

Pero un día aparece un matemático y demuestra el resultado que has mencionado. Se trata de un resultado valioso, porque zanja un problema que interesaba a muchos matemáticos. Es verdad que les interesaba porque  una respuesta positiva sería interesante, y mucho más cuanto más amplia fuera la clase de espacios encontrada, pero la respuesta ha resultado ser negativa y más aún, no constructiva. ¿Qué le vamos a hacer?

Según tu planteamiento, ¿el matemático que ha encontrado esta prueba negativa y no constructiva, debería abstenerse de publicarla porque no tiene interés práctico, y dejar que muchos otros matemáticos sigan buscando una solución (a ser posible positiva) en un problema que no la tiene? ¿No interesará a los matemáticos que estaban intentando encontrar algo que no existe el saber que realmente nunca van a encontrar lo que buscan?

Si un matemático escribe un libro de análisis funcional y en un momento dado en su exposición surge de forma natural el problema de si no se podrá extender a otros espacios el hecho de que todas las normas en un espacio de dimensión finita son equivalentes, ¿no es pertinente que aclare al lector que existe una demostración (no constructiva) de que es imposible tal extensión, incluso si se restringe a normas completas? ¿Y no es razonable que un lector se pregunte por qué no puede existir tal extensión y tenga curiosidad por conocer la demostración?

No me acaba de cuadrar que, por una parte, admitas que se da esta situación (que es natural que los matemáticos busquen una extensión del resultado sobre espacios de dimensión finita) y, por otra, digas que tiene poca utilidad concluir que en realidad no es posible. Demostrar que un problema no tiene solución (o no tiene la solución positiva esperada) no es hablar sobre el sexo de los ángeles. Es dar una respuesta práctica muy concreta a un problema práctico muy concreto. Digo "práctico" en el sentido de que resuelve en la práctica la situación, puesto que deja claro que es inútil seguir buscando, sin entrar en contradicción con que el teorema en sí no tenga nada de "práctico" al ser no constructivo.

09 Agosto, 2024, 11:47 am
Respuesta #9

EJ

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Hay otra aplicación muy útil. Mientras esas mentes brillantes piensan esas cosas, no están diseñando virus indestructibles o bombas de destrucción  ;D

Te entiendo, pero ya te digo que la inmensa mayoría de la investigación en matemáticas, sólo tiene aplicación dentro de las matemáticas. El conocimiento de las estructuras se consideran un fin en sí mismo