home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / sci-math-faq / AC / ContinuumHyp next >
Encoding:
Text File  |  1995-11-18  |  9.8 KB  |  203 lines

  1. Newsgroups: sci.math,sci.answers,news.answers
  2. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!spool.mu.edu!torn!watserv3.uwaterloo.ca!undergrad.math.uwaterloo.ca!neumann.uwaterloo.ca!alopez-o
  3. From: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca (Alex Lopez-Ortiz)
  4. Subject: sci.math FAQ: The Continuum Hypothesis
  5. Summary: Part 28 of many, New version,
  6. Originator: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca
  7. Message-ID: <DI76Mo.8s1@undergrad.math.uwaterloo.ca>
  8. Sender: news@undergrad.math.uwaterloo.ca (news spool owner)
  9. Approved: news-answers-request@MIT.Edu
  10. Date: Fri, 17 Nov 1995 17:15:59 GMT
  11. Expires: Fri, 8 Dec 1995 09:55:55 GMT
  12. Reply-To: alopez-o@neumann.uwaterloo.ca
  13. Nntp-Posting-Host: neumann.uwaterloo.ca
  14. Organization: University of Waterloo
  15. Followup-To: sci.math
  16. Lines: 184
  17. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.math:124402 sci.answers:3436 news.answers:57837
  18.  
  19.  
  20. Archive-Name: sci-math-faq/AC/ContinuumHyp
  21. Last-modified: December 8, 1994
  22. Version: 6.2
  23.  
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  
  28.                           THE CONTINUUM HYPOTHESIS
  29.  
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.    A basic reference is Godel's ``What is Cantor's Continuum Problem?",
  35.    from 1947 with a 1963 supplement, reprinted in Benacerraf and Putnam's
  36.    collection Philosophy of Mathematics. This outlines Godel's generally
  37.    anti-CH views, giving some ``implausible" consequences of CH.
  38.  
  39.    "I believe that adding up all that has been said one has good reason
  40.    to suspect that the role of the continuum problem in set theory will
  41.    be to lead to the discovery of new axioms which will make it possible
  42.    to disprove Cantor's conjecture."
  43.  
  44.    At one stage he believed he had a proof that C = aleph_2 from some new
  45.    axioms, but this turned out to be fallacious. (See Ellentuck,
  46.    ``Godel's Square Axioms for the Continuum", Mathematische Annalen
  47.    1975.)
  48.  
  49.    Maddy's ``Believing the Axioms", Journal of Symbolic Logic 1988 (in 2
  50.    parts) is an extremely interesting paper and a lot of fun to read. A
  51.    bonus is that it gives a non-set-theorist who knows the basics a good
  52.    feeling for a lot of issues in contemporary set theory.
  53.  
  54.    Most of the first part is devoted to ``plausible arguments" for or
  55.    against CH: how it stands relative to both other possible axioms and
  56.    to various set-theoretic ``rules of thumb". One gets the feeling that
  57.    the weight of the arguments is against CH, although Maddy says that
  58.    many ``younger members" of the set-theoretic community are becoming
  59.    more sympathetic to CH than their elders. There's far too much here
  60.    for me to be able to go into it in much detail.
  61.  
  62.    Some highlights from Maddy's discussion, also incorporating a few
  63.    things that other people sent me:
  64.  
  65.     1. Cantor's reasons for believing CH aren't all that persuasive
  66.        today.
  67.     2. Godel's proof of the consistency of CH shows that CH follows from
  68.        ZFC plus the Axiom of Constructibility ( V = L , roughly that the
  69.        set-theoretic universe = the constructible universe). However,
  70.        most set-theorists seem to find Constructiblity implausible and
  71.        much too restrictive. It's an example of a ``minimizing"
  72.        principle, which tends to cut down on the number of sets admitted
  73.        to one's universe. Apparently ``maximizing" principles meet with
  74.        much more sympathy from set theorists. Such principles are more
  75.        compatible with not CH than with CH.
  76.     3. If GCH is true, this implies that aleph_0 has certain unique
  77.        properties: e.g. that it's that cardinal before which GCH is false
  78.        and after which it is true. Some would like to believe that the
  79.        set-theoretic universe is more ``uniform" (homogeneous) than that,
  80.        without this kind of singular occurrence. Such a ``uniformity"
  81.        principle tends to imply not GCH.
  82.     4. Most of those who disbelieve CH think that the continuum is likely
  83.        to have very large cardinality, rather than aleph_2 (as Godel
  84.        seems to have suggested). Even Cohen, a professed formalist,
  85.        argues that the power set operation is a strong operation that
  86.        should yield sets much larger than those reached quickly by
  87.        stepping forward through the ordinals:
  88.  
  89.      "This point of view regards C as an incredibly rich set given to us
  90.      by a bold new axiom, which can never be approached by any piecemeal
  91.      process of construction."
  92.     5. There are also a few arguments in favour of CH, e.g. there's an
  93.        argument that not CH is restrictive (in the sense of (2) above).
  94.        Also, CH is much easier to force (Cohen's method) than not CH. And
  95.        CH is much more likely to settle various outstanding results than
  96.        is not CH, which tends to be neutral on these results.
  97.     6. Most large cardinal axioms (asserting the existence of cardinals
  98.        with various properties of hugeness: these are usually derived
  99.        either from considering the hugeness of aleph_0 compared to the
  100.        finite cardinals and applying uniformity, or from considering the
  101.        hugeness of V (the set-theoretic universe) relative to all sets
  102.        and applying ``reflection") don't seem to settle CH one way or the
  103.        other.
  104.     7. Various other axioms have some bearing. Axioms of determinacy
  105.        restrict the class of sets of reals that might be counterexamples
  106.        to CH. Various forcing axioms (e.g. Martin's axiom), which are
  107.        ``maximality" principles (in the sense of (2) above), imply not
  108.        CH. The strongest (Martin's maximum) implies that C = aleph_2 . Of
  109.        course the ``truth" or otherwise of all these axioms is
  110.        controversial.
  111.     8. Freiling's principle about ``throwing darts at the real line" is a
  112.        seemingly very plausible principle, not involving large cardinals
  113.        at all, from which not CH immediately follows. Freiling's paper
  114.        (JSL 1986) is a good read. More on this at the end of this
  115.        message.
  116.  
  117.  
  118.  
  119.    Of course we have conspicuously avoided saying anything about whether
  120.    it's even reasonable to suppose that CH has a determinate truth-value.
  121.    Formalists will argue that we may choose to make it come out whichever
  122.    way we want, depending on the system we work in. On the other hand,
  123.    the mere fact of its independence from ZFC shouldn't immediately lead
  124.    us to this conclusion - this would be assigning ZFC a privileged
  125.    status which it hasn't necessarily earned. Indeed, Maddy points out
  126.    that various axioms within ZFC (notably the Axiom of Choice, and also
  127.    Replacement) were adopted for extrinsic reasons (e.g. ``usefulness")
  128.    as well as for ``intrinsic" reasons (e.g. ``intuitiveness"). Further
  129.    axioms, from which CH might be settled, might well be adopted for such
  130.    reasons.
  131.  
  132.    One set-theorist correspondent said that set-theorists themselves are
  133.    very loathe to talk about ``truth" or ``falsity" of such claims.
  134.    (They're prepared to concede that 2 + 2 = 4 is true, but as soon as
  135.    you move beyond the integers trouble starts. e.g. most were wary even
  136.    of suggesting that the Riemann Hypothesis necessarily has a
  137.    determinate truth-value.) On the other hand, Maddy's contemporaries
  138.    discussed in her paper seemed quite happy to speculate about the
  139.    ``truth" or ``falsity" of CH.
  140.  
  141.    The integers are not only a bedrock, but also any finite number of
  142.    power sets seem to be quite natural Intuitively are also natural which
  143.    would point towards the fact that CH may be determinate one way or the
  144.    other. As one correspondent suggested, the question of the
  145.    determinateness of CH is perhaps the single best way to separate the
  146.    Platonists from the formalists.
  147.  
  148.    And is it true or false? Well, CH is somewhat intuitively plausible.
  149.    But after reading all this, it does seem that the weight of evidence
  150.    tend to point the other way.
  151.  
  152.    The following is from Bill Allen on Freiling's Axiom of Symmetry. This
  153.    is a good one to run your intuitions by.
  154.  
  155.      Let A be the set of functions mapping Real Numbers into countable
  156.      sets of Real Numbers. Given a function f in A , and some arbitrary
  157.      real numbers x and y , we see that x is in f(y) with probability 0,
  158.      i.e. x is not in f(y) with probability 1. Similarly, y is not in
  159.      f(x) with probability 1. Let AX be the axiom which states
  160.  
  161.      ``for every f in A , there exist x and y such that x is not in f(y)
  162.      and y is not in f(x) "
  163.  
  164.      The intuitive justification for AX is that we can find the x and y
  165.      by choosing them at random.
  166.  
  167.      In ZFC, AX = not CH. proof: If CH holds, then well-order R as r_0,
  168.      r_1, .... , r_x, ... with x < aleph_1 . Define f(r_x) as { r_y : y
  169.      >= x } . Then f is a function which witnesses the falsity of AX.
  170.  
  171.      If CH fails, then let f be some member of A . Let Y be a subset of R
  172.      of cardinality aleph_1 . Then Y is a proper subset. Let X be the
  173.      union of all the sets f(y) with y in Y , together with Y . Then, as
  174.      X is an aleph_1 union of countable sets, together with a single
  175.      aleph_1 size set Y , the cardinality of X is also aleph_1 , so X is
  176.      not all of R . Let a be in R X , so that a is not in f(y) for any y
  177.      in Y . Since f(a) is countable, there has to be some b in Y such
  178.      that b is not in f(a) . Thus we have shown that there must exist a
  179.      and b such that a is not in f(b) and b is not in f(a) . So AX holds.
  180.  
  181.    Freiling's proof, does not invoke large cardinals or intense
  182.    infinitary combinatorics to make the point that CH implies
  183.    counter-intuitive propositions. Freiling has also pointed out that the
  184.    natural extension of AX is AXL (notation mine), where AXL is AX with
  185.    the notion of countable replaced by Lebesgue Measure zero. Freiling
  186.    has established some interesting Fubini-type theorems using AXL.
  187.  
  188.    See ``Axioms of Symmetry: Throwing Darts at the Real Line", by
  189.    Freiling, Journal of Symbolic Logic, 51, pages 190-200. An extension
  190.    of this work appears in "Some properties of large filters", by
  191.    Freiling and Payne, in the JSL, LIII, pages 1027-1035.
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.      _________________________________________________________________
  197.  
  198.  
  199.  
  200.     alopez-o@barrow.uwaterloo.ca
  201.     Tue Apr 04 17:26:57 EDT 1995
  202.  
  203.