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/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / math / 14908 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-13  |  13.7 KB

  1. Path: sparky!uunet!utcsri!eecg.toronto.edu!leemike
  2. Newsgroups: sci.math
  3. From: leemike@eecg.toronto.edu (Michael Lee)
  4. Subject: Re: Logic and Mathematicians (quite long)
  5. Message-ID: <1992Nov13.090126.7142@jarvis.csri.toronto.edu>
  6. Organization: CSRI, University of Toronto
  7. Distribution: sci.math
  8. Date: 13 Nov 92 14:01:26 GMT
  9. Lines: 273
  10.  
  11. re: zelany's reponse to zach@csdec1.tuwien.ac.at:
  12. note: `>' represents the statements of zach@csdec1.tuwien.ac.at
  13.       `|' represents some of zelany's statements
  14.  
  15. I'm working from zelany's posting (see above).  Hence, if I have 
  16. misinterpreted the originator of this thread, feel free to correct
  17. any errors.
  18.  
  19. >I just had an interesting discussion about the
  20. >fear mathemicians have of logic (and logicians):
  21. >
  22. >Many, if not most, "great" logicians did not
  23. >"solve problems", as one usually does in mathematics,
  24. >in that someone states a problem, and a the you go
  25. >ahead and solve it (positively or negatively);
  26. >furthermore, their solutions are more
  27. >instructive in themselves than the original problems
  28. >where and they not only develop new concepts
  29. >to solve an existing problem (this is commonplace
  30. >in mathematics), but rather invent a new concept which
  31. >they think is interesting IN ITSELF, prove something about it,
  32. >and incidentially some open problem follows as a
  33. >corollary. In fact, more often than not, they do
  34. >not solve problems in the usual sense, but they
  35. >say something about the problem itself, eg, that
  36. >it was mis-posed, mis-conceived, or is meaningless.
  37. >
  38. >Examples: G"odel's Incompleteness Theorems:
  39. >He INVENTED the concepts of undecidability of
  40. >a sentence in a theory and of incompleteness.
  41.  
  42. In full, Godel's paper, `On Formally Undecidable Propositions
  43. of Principia Mathematica and Related Systens', dealt with the
  44. problem of consistency of a given set of axioms and the transformation
  45. rules of a given system, i.e., these axioms and the transformation
  46. rules do not lead to a theorem which is both true and false.  Suppose
  47. that in a given set of axioms and the corresponding transformation
  48. rules, a theorem and the negation of that theorem can be derived.
  49. Certainly, this result would imply that any formula is deducible
  50. from the hypothetical set of axioms, which would indeed pose serious
  51. problems for the system derived from these axioms - essentially burning
  52. down the entire tree and its entire root system and salting the ground
  53. where it once stood.  Hence the need for a consistent set of axioms
  54. to support the structure of mathematics and the method which can prove
  55. the consistency of a given set of axioms - from this point onwards
  56. when I mention axioms, I also imply a set of transformation rules.  This
  57. method to prove the consistency of a set of axioms in a rigorous fashion
  58. of all classical branches of mathematics was first conceived (I believe) 
  59. by Hilbert and was know as Hilbert's program.  Hilbert's program was to 
  60. demonstrate, with finistic methods, in a given calculus certain that 
  61. contradictory derivations were impossible and hence consistent.
  62. His conception was the construction of an absolute proof which was based
  63. upon the complete formalization of a deductive system.  From Hilbert's
  64. program arose Whitehead's and Russell's `Principia Mathematica' which
  65. purported to be the final solution of the problem of consistency. 
  66. Also, we must keep in mind Boole's `The Mathematical Analysis of Logic'
  67. initiating, some would argue, the renaissance of modern logical studies.
  68. The work of Boole, Hilbert, Whitehead and Russell, and others such as
  69. Frege, provide the background and foundation on which Godel based his paper, 
  70. as well, the terms, you purported that Godel invented did not come from 
  71. nowhere - the terms such as `undecidability' and `incompleteness' had their
  72. roots from the aforementioned background.  
  73.  
  74. I think, I've given enough background.  I won't mention the distinction
  75. between meta-mathematics and mathematics, insofar as to state that
  76. meta-mathematics, as defined by Hilbert, is concerned with meaningful
  77. statements about mathematics, their signs, and their arrangement, relation,
  78. and classes; whereas mathematics is the configuration of symbols or a 
  79. system of symbols.  Meta-mathematically, we may ask, `for a given set of
  80. axioms and their set of inference rules, is the set consistent?'.
  81.  
  82. >The interesting sentence (from the logical, and
  83. >also from G"odels standpoint) is the FIRST
  84. >incompleteness theorem (Why else did G"odel
  85. >entitle his paper "On undeciadable propositions"?
  86. >If he were interested more in consistency,
  87. >he would have titled it "The Unprovability of
  88. >Consistency" or something).
  89.  
  90. Your suggestion, i.e., the latter title would of implied something Godel
  91. did not prove.  His incompleteness theorem shows that within a
  92. consistent set of arithmetical axioms there is at least one true 
  93. arithemetical statement which cannot be derived from the set.  Hence
  94. the apt term `undecideable'.  Furthermore, he showed that it is impossible
  95. to give a meta-mathematical proof of consistency of a system to span
  96. the whole of arithmetic unless the proof utilizes rules of inference
  97. which are different than and exists outside of the transformation rules
  98. which are used to derive the theorems of the system.  Of course, such a
  99. proof would be valuable on its own but would probably violate Hilbert's
  100. program that of finistic proof.  Also, it wouldn't really solve the
  101. question at hand, inference rules more powerful than simple arithmetical
  102. calculus may lead us to doubt the consistency in the reasoning itself 
  103. shifting our focus from the consistency of the axioms to the consistency of
  104. the reasoning.  Whatever Godel's initial intent may be, his paper isn't
  105. trying to disprove axiomatic consistency but map-out the boundaries, its
  106. limits.
  107.  
  108. >From the mathematician's
  109. >viewpoint, the proof is trivial: A simple
  110. >diagonalization argument (in Kreisel's words).
  111.  
  112. I'm not certain of your term `simple diagonalization.'  From my perspective,
  113. I found the proof difficult to read and understand, I found nothing
  114. trivial about his proof.  He completely arithmetized a formal calculus
  115. and established a one-to-one correspondence between the expressions
  116. of a calculus and a particular subset of integers.  By doing so,
  117. meta-mathematical expressions and their relations to one another is
  118. mirrored through their corresponding integer (Godel's number) and
  119. their arithmetical relations to one another.  On a trivial note, however,
  120. his method is a kin to receiving a unique number from a sequential set upon 
  121. entry to a busy deli.  By the given number we can tell how many have been 
  122. served, who precedes whom, and by how many, the total number of custumers, 
  123. etc.  Hence, we've arithmetized the deli service and can ask arithmetic 
  124. questions which directly reflect its operation.  If the triviality of
  125. an idea is based on its most banal application then all of mathematics
  126. fall under the general heading of banality.     
  127.  
  128. >Yet, Hilbert (and others) were very much taken by
  129. >surprise. In a sense, incompleteness says:
  130. >"The concept of consistency is not important"
  131.  
  132. Why wouldn't he be surprised?  Godel demonstrated that his proposal
  133. on a finistic absolute proof for every deductive system is highly
  134. unlikey.  Godel, also, showed that inifinite bits of true arithmetical
  135. expression can not be formally be deduced from a given set axioms by a
  136. closed set of inference rules.  Yet still, the concept of consistency is
  137. possible along Hilbert's proposal; Godel proof doesn't logically conclude
  138. the impossibility of `consistency' nor does it directly address the 
  139. importance, or the lack thereof, of `consistency'.  Although, Godel
  140. didn't say Hilbert's proposal was impossible, he did flesh out its
  141. intractable characteristics.
  142.  
  143. Suffice to say, consistency for a mathematician or a logician is important; 
  144. what would be the point, if it was otherwise?
  145.  
  146. >The consistency of CH: is a corollary of
  147. >the consistency of V = L. And L is G"odel's
  148. >invention. Also it says (together with Cohen's result),
  149. >that the question of whether CH holds or not  
  150. >is meaningless.
  151.  
  152. I'm not familiar with the above notation; CH you probably represents
  153. continuum hypothesis, as for V = L, I haven't a clue.
  154.  
  155. |It may say this to Cohen, who allegedly convinced himself to become a
  156. |formalist in the wake of his independence results, but G\"odel's
  157. |opinion most certainly differed.
  158.  
  159. Didn't Cohen have to say something about Cantor's conjecture of
  160. the continuum hypothesis (the set of all subsets of real numbers
  161. is the same size as the set of all real numbers), i.e., the continuum 
  162. hypothesis resides outside the axioms of usual (Zermelo and Fraenkel) 
  163. set theory.  Hence, if set theory is the basis of all mathematics, the 
  164. continuum hypothesis may be true for some mathematics and false for 
  165. others.
  166.  
  167. >The undecidability of predicate logic from
  168. >Turing's work: The really important part of his
  169. >paper were the "Computable Numbers", not 
  170. >the "Application to the Entscheidungsproblem".
  171. >And he MADE UP Turing machines etc. Again,
  172. >easy theorems, difficult concepts requiring
  173. >deep insight.
  174.  
  175. |You can add Church and Kleene to the same list.
  176.  
  177. I think you're talking of the first-order predicate logic, which was
  178. shown to be complete by Godel and then undecidable by Church and
  179. Turing by different methods.
  180.  
  181. >Gentzen's sequent calculus: his invention. Totally
  182. >disconnected from anything that had been done before.
  183. >Required deep insight into the nature of logic
  184. >to come up with. The "problems", eg, Herbrand's
  185. >Theorem, were easy corollaries of the Hauptsatz,
  186. >which, in itself, was easy to prove. But how do
  187. >you come up with the Hauptsatz in the first place?
  188.  
  189. How is Gentzen's work totaly disconnected from anything?
  190.  
  191. |Who knows? presumably, the same way you get to the Carnegie Hall...
  192. |It is said that Cohen deliberately chose to attack Hilbert's First
  193. |Problem in order to get the Fields Medal.  However, I rather doubt
  194. |that the same technique would have worked for the average Joe Schmoe.
  195.  
  196. >I'm not sure myself what I'm trying to get at,
  197. >nor what I'm trying to say, so please take what I say
  198. >cum grano salis. Some questions:
  199. >
  200. >(1) Is this really a difference in the way logic works
  201. >to how mathematics works? (I realize that most of what's
  202. >done in logic is not of the kind described above,
  203. >but more "mathematical", in this sense)
  204.  
  205. No, most of the stuff you described was some of the stuff of logicism,
  206. formalism, and probably intuitionism about 60 to 50 years ago.  I'm not 
  207. sure what the current state of affairs is in now.  I would expect that
  208. the lines between formalism, intuitionism, and logicism have blurred 
  209. somewhat since the days of Hilbert, Brouwer, and Russell, the principle 
  210. proponents of the three schools.  
  211.  
  212. |This question seems to be more appropriate for sci.math.  I'll add
  213. |some questions of my own: Is Cantor best regarded as primarily a
  214. |mathematician, a logician, or a philosopher?  (So much of his success
  215. |seems to be due to his reading of Spinoza and the Scholastics.)  Is
  216. |the anti-logicist mathematical structuralism exemplified by Bourbaki
  217. |generally thought to be possessed of any genuine mathematical content,
  218. |or is its main contribution purely formalistic in nature?  (One
  219. |seemingly pervasive philosophical doctrine apparently due to Bourbaki
  220.  
  221. Bourbaki was a pseudo-name used by a group of mathematicians whose
  222. principle members were Weil, Cartan, Eilenberg, Grothendeick; there
  223. probably others but I can't recall their names.
  224.  
  225. |is the supplanting of absolute numerical identity with mere structural
  226. |congruence, i.e.  isomorphism.)
  227.  
  228. I think with the Bourbaki group, the proof is in the pudding.  They 
  229. published a ton of stuff on algebra completing a new kind of algaebraic 
  230. topology and proving the Weil conjectures.  They basically cleaned
  231. up algaebraic topology by framing it axiomatically. 
  232.  
  233. >(2) If yes, is that because logic is a relatively
  234. >young field? Were the mathematical couterparts
  235. >of these results the early results, say the
  236. >invention/discovery of: variables/algebra/the infinite/etc?
  237.  
  238. |Why is logic a relatively young field?  Aristotle was as much of a
  239. |formal logician as G\"odel & Co.  Perhaps you mean *mathematical*
  240. |logic, as characterized e.g. by Schr\"oder's relation calculus,
  241. |Peirce's quantifiers, Frege's analysis of the proposition as a truth
  242. |function, Sch\"onfinkel's (somewhat complementary) discovery of the
  243. |combinators, Church's formulation of \lambda-calculus, or Tarski's
  244. |definition of satisfaction.  Indeed, in this sense the life work of
  245. |the logicians mentioned can be seen as uniformly stemming from these
  246. |conceptual discoveries.  On the other hand, your own example of Cohen
  247. |seems to give lie to the thesis of relative unimportance of
  248. |problem-solving, -- by far, his most important logical contribution is
  249. |the methodological notion of forcing.  Likewise, diagonalization could
  250. |only have appeared as trivial after Cantor's initial discovery
  251. |thereof.
  252.  
  253. True, however, I key figure in 20th century mathematics was probably
  254. Godel.  He basically crushed many preconceptions, mathematicians
  255. may have nurtured, and created a good size crack in the shiny armour
  256. of mathematics.  In terms of a mathematician what could be more
  257. exciting or disconcerting than that.
  258.  
  259. >(3) Are there more recent examples of such fundamental
  260. >findings which cast a problem in a different
  261. >light, maybe made it seem a silly problem to pose
  262. >in the first place?
  263.  
  264. You'll have to examine the history of mathematics to answer that one, but
  265. I'll hazard a guess that a fundamental finding didn't all of a sudden
  266. transform a problem into utter nonsense.
  267.  
  268. |I offer Post's problem as a counterexample.  Also, it doesn't seem
  269. |that there could be a solution for "P =? NP" that would render the
  270. |problem silly in retrospect.
  271.  
  272. >-- 
  273. >Richard Zach                         Technische Universitaet Wien
  274. >[zach@csdec1.tuwien.ac.at]     Abteilung fuer Formale Logik 185.2
  275.  
  276. |cordially,
  277. |mikhail zeleny@husc.harvard.edu
  278. |" -- I shall speak bluntly, because life is short."
  279.  
  280. regards,
  281. michael lee
  282.  
  283.  
  284.