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Teoría estable

En el campo matemático de la teoría de modelos , una teoría se denomina estable si satisface ciertas restricciones combinatorias sobre su complejidad. Las teorías estables tienen sus raíces en la prueba del teorema de categoricidad de Morley y fueron ampliamente estudiadas como parte de la teoría de clasificación de Saharon Shelah , que mostró una dicotomía según la cual o los modelos de una teoría admiten una buena clasificación o los modelos son demasiado numerosos para tener alguna esperanza. de una clasificación razonable. Un primer paso de este programa fue demostrar que si una teoría no es estable, sus modelos son demasiado numerosos para clasificarlos.

Las teorías estables fueron el tema predominante de la teoría de modelos pura desde los años 1970 hasta los años 1990, por lo que su estudio dio forma a la teoría de modelos moderna [1] y existe un rico marco y un conjunto de herramientas para analizarlas. Una dirección importante en la teoría de modelos es la "teoría de la neoestabilidad", que intenta generalizar los conceptos de la teoría de la estabilidad a contextos más amplios, como las teorías simples y NIP .

Motivación e historia.

Un objetivo común en la teoría de modelos es estudiar una teoría de primer orden analizando la complejidad de las álgebras booleanas de conjuntos (de parámetros) definibles en sus modelos. De manera equivalente, se puede analizar la complejidad de los duales de Stone de estas álgebras booleanas, que son espacios tipo . La estabilidad restringe la complejidad de estos espacios tipo al restringir sus cardinalidades . Dado que los tipos representan los posibles comportamientos de los elementos en los modelos de una teoría, restringir el número de tipos restringe la complejidad de estos modelos. [2]

La teoría de la estabilidad tiene sus raíces en la prueba de Michael Morley de 1965 de la conjetura de Łoś sobre teorías categóricas. En esta prueba, la noción clave fue la de una teoría totalmente trascendental, definida por restringir la complejidad topológica de los espacios tipo. Sin embargo, Morley demostró que (para las teorías contables) esta restricción topológica es equivalente a una restricción de cardinalidad, una forma fuerte de estabilidad ahora llamada -estabilidad, e hizo un uso significativo de esta equivalencia. En el curso de la generalización del teorema de categoricidad de Morley a innumerables teorías, Frederick Rowbottom generalizó la estabilidad introduciendo teorías estables para algunos cardinales y, finalmente, Shelah introdujo teorías estables. [3]

La teoría de la estabilidad se desarrolló mucho más en el curso del programa de teoría de clasificación de Shelah. El objetivo principal de este programa era mostrar una dicotomía de que los modelos de una teoría de primer orden pueden clasificarse bien hasta el isomorfismo utilizando un árbol de invariantes cardinales (generalizando, por ejemplo, la clasificación de espacios vectoriales sobre un campo fijo por su dimensión ), o son tan complicados que no es posible una clasificación razonable. [4] Entre los resultados concretos de esta teoría de clasificación se encuentran teoremas sobre las posibles funciones espectrales de una teoría , contando el número de modelos de cardinalidad en función de . [a] El enfoque de Shelah fue identificar una serie de "líneas divisorias" para las teorías. Una línea divisoria es una propiedad de una teoría tal que tanto ella como su negación tienen fuertes consecuencias estructurales; uno debería implicar que los modelos de la teoría son caóticos, mientras que el otro debería producir una teoría de estructura positiva. La estabilidad fue la primera línea divisoria en el programa de la teoría de la clasificación, y dado que se demostró que su fracaso descartaba cualquier clasificación razonable, todo trabajo posterior podría asumir que la teoría era estable. Por lo tanto, gran parte de la teoría de la clasificación se ocupaba del análisis de teorías estables y varios subconjuntos de teorías estables dados por líneas divisorias adicionales, como las teorías superestables . [3]

Una de las características clave de las teorías estables desarrolladas por Shelah es que admiten una noción general de independencia llamada independencia no bifurcada , que generaliza la independencia lineal de los espacios vectoriales y la independencia algebraica de la teoría de campos. Aunque la independencia sin bifurcación tiene sentido en teorías arbitrarias y sigue siendo una herramienta clave más allá de las teorías estables, tiene propiedades geométricas y combinatorias particularmente buenas en teorías estables. Al igual que con la independencia lineal, esto permite la definición de conjuntos independientes y de dimensiones locales como las cardinalidades de instancias máximas de estos conjuntos independientes, que están bien definidas bajo hipótesis adicionales. Estas dimensiones locales dan lugar a los invariantes cardinales que clasifican los modelos hasta el isomorfismo. [4]

Definición y caracterizaciones alternativas.

Sea T una teoría completa de primer orden.

Para un cardinal infinito dado , T es estable si para cada conjunto A de cardinalidad en un modelo de T , el conjunto S(A) de tipos completos sobre A también tiene cardinalidad . Esta es la cardinalidad más pequeña que puede ser de S(A) , mientras que puede ser tan grande como . Para el caso , es común decir que T es estable en lugar de estable. [5]

T es estable si es estable para algún cardinal infinito . [6]

Las restricciones sobre los cardinales para los cuales una teoría puede ser simultáneamente estable se describen en el espectro de estabilidad , [7] que destaca el subconjunto aún más dócil de teorías superestables.

Una definición alternativa común de teorías estables es que no tienen la propiedad de orden . Una teoría tiene la propiedad de orden si hay una fórmula y dos secuencias infinitas de tuplas , en algún modelo M tal que defina un semigrafo infinito , es decir, es cierto en M. [8] Esto equivale a que exista una fórmula y una secuencia infinita de tuplas en algún modelo M tal que defina un orden lineal infinito en A , es decir, es cierto en M. [9] [b] [c]

Existen numerosas caracterizaciones adicionales de la estabilidad. Al igual que con las teorías totalmente trascendentales de Morley, las restricciones de cardinalidad de la estabilidad equivalen a limitar la complejidad topológica de los espacios tipo en términos del rango de Cantor-Bendixson . [12] Otra caracterización es a través de las propiedades que tiene la independencia sin bifurcación en las teorías estables, como ser simétrica. Esto caracteriza la estabilidad en el sentido de que cualquier teoría con una relación de independencia abstracta que satisfaga algunas de estas propiedades debe ser estable y la relación de independencia debe ser una independencia no bifurcada. [13]

Cualquiera de estas definiciones, excepto a través de una relación de independencia abstracta, puede usarse para definir lo que significa que una fórmula única sea estable en una teoría dada T. Entonces se puede definir que T es estable si cada fórmula es estable en T . [14] La localización de resultados en fórmulas estables permite que estos resultados se apliquen a fórmulas estables en teorías inestables, y esta localización en fórmulas únicas suele ser útil incluso en el caso de teorías estables. [15]

Ejemplos y no ejemplos

Para una teoría inestable, considere la teoría DLO de órdenes lineales densos sin puntos finales. Entonces la relación de orden atómico tiene la propiedad de orden. Alternativamente, los tipos 1 no realizados sobre un conjunto A corresponden a cortes ( cortes generalizados de Dedekind , sin los requisitos de que los dos conjuntos no estén vacíos y que el conjunto inferior no tenga mayor elemento) en el ordenamiento de A , [16] y allí Existen órdenes densos de cualquier cardinalidad con -muchos cortes. [17]

Otra teoría inestable es la teoría del gráfico de Rado , donde la relación de borde atómico tiene la propiedad de orden. [18]

Para una teoría estable, considere la teoría de campos algebraicamente cerrados de característica p , permitiendo . Entonces, si K es un modelo de , contar tipos en un conjunto es equivalente a contar tipos en el campo k generado por A en K . Hay una biyección (continua) desde el espacio de n tipos sobre k al espacio de ideales primos en el anillo polinómico . Dado que tales ideales se generan de forma finita, solo hay muchos, por lo que es estable para todos los infinitos . [19]

A continuación se enumeran algunos ejemplos adicionales de teorías estables.

Teoría de la estabilidad geométrica

La teoría de la estabilidad geométrica se ocupa del análisis detallado de las geometrías locales en modelos y de cómo sus propiedades influyen en la estructura global. Esta línea de resultados fue posteriormente clave en diversas aplicaciones de la teoría de la estabilidad, por ejemplo a la geometría diofántica . Generalmente se considera que comenzó a finales de la década de 1970 con el análisis de Boris Zilber de teorías totalmente categóricas, demostrando finalmente que no son finitamente axiomatizables . Todo modelo de una teoría totalmente categórica está controlado por (es decir, es primo y mínimo sobre) un conjunto fuertemente mínimo, que lleva una estructura matroide [d] determinada por un cierre algebraico (teórico de modelos) que proporciona nociones de independencia y dimensión. En este contexto, la teoría de la estabilidad geométrica plantea entonces la cuestión local de cuáles son las posibilidades para la estructura del conjunto fuertemente mínimo, y la cuestión local a global de cómo el conjunto fuertemente mínimo controla todo el modelo. [24]

La segunda pregunta es respondida por el teorema de la escalera de Zilber, que muestra que cada modelo de una teoría totalmente categórica se construye mediante una secuencia finita de algo así como " haces de fibras definibles " sobre el conjunto fuertemente mínimo. [25] Para la primera pregunta, la conjetura de tricotomía de Zilber era que la geometría de un conjunto fuertemente mínimo debe ser como la de un conjunto sin estructura, o el conjunto debe llevar esencialmente la estructura de un espacio vectorial, o la estructura de un campo algebraicamente cerrado, con los dos primeros casos llamados localmente modulares. [26] Esta conjetura ilustra dos temas centrales. Primero, esa modularidad (local) sirve para dividir el comportamiento combinatorio o lineal de la complejidad geométrica no lineal como en la geometría algebraica . [27] En segundo lugar, esa complicada geometría combinatoria proviene necesariamente de objetos algebraicos; [28] esto es similar al problema clásico de encontrar un anillo de coordenadas para un plano proyectivo abstracto definido por incidencias, y otros ejemplos son los teoremas de configuración de grupos que muestran que ciertas dependencias combinatorias entre elementos deben surgir de la multiplicación en un grupo definible. [29] Al desarrollar análogos de partes de la geometría algebraica en conjuntos fuertemente mínimos, como la teoría de la intersección , Zilber demostró una forma débil de la conjetura de la tricotomía para teorías categóricas incontables. [30] Aunque Ehud Hrushovski desarrolló la construcción de Hrushovski para refutar la conjetura completa, más tarde fue probada con hipótesis adicionales en el contexto de las "geometrías de Zariski". [31]

Las nociones del programa de clasificación de Shelah, como tipos regulares, bifurcación y ortogonalidad, permitieron que estas ideas se llevaran a una mayor generalidad, especialmente en teorías superestables. Aquí, los conjuntos definidos por tipos regulares desempeñan el papel de conjuntos fuertemente mínimos, con su geometría local determinada por una dependencia bifurcada en lugar de una dependencia algebraica. En lugar de los modelos de control de conjuntos únicos y fuertemente mínimos de una teoría totalmente categórica, puede haber muchas geometrías locales definidas por tipos regulares, y la ortogonalidad describe cuándo estos tipos no tienen interacción. [32]

Aplicaciones

Si bien las teorías estables son fundamentales en la teoría de modelos, esta sección enumera las aplicaciones de las teorías estables a otras áreas de las matemáticas. Esta lista no pretende ser completa, sino más bien una sensación de amplitud.

Generalizaciones

Durante unos veinte años después de su introducción, la estabilidad fue el tema principal de la teoría de modelos pura. [43] Una dirección central de la teoría moderna de modelos puros, a veces llamada "neoestabilidad" o "teoría de clasificación", [e] consiste en generalizar los conceptos y técnicas desarrollados para las teorías estables a clases más amplias de teorías, y esto ha alimentado muchas de las teorías. las aplicaciones más recientes de la teoría de modelos. [44]

Dos ejemplos notables de clases tan amplias son las teorías simples y NIP. Éstas son generalizaciones ortogonales de teorías estables, ya que una teoría es a la vez simple y NIP si y sólo si es estable. [43] En términos generales, las teorías NIP mantienen el buen comportamiento combinatorio de las teorías estables, mientras que las teorías simples mantienen el buen comportamiento geométrico de la independencia sin bifurcación. [45] En particular, las teorías simples pueden caracterizarse porque la independencia sin bifurcación es simétrica, [46] mientras que NIP puede caracterizarse por limitar el número de tipos realizados en conjuntos finitos [47] o infinitos [48] .

Otra dirección de generalización es recapitular la teoría de la clasificación más allá del marco de teorías completas de primer orden, como en las clases elementales abstractas . [49]

Ver también

Notas

  1. ^ Uno de esos resultados es la prueba de Shelah de la conjetura de Morley para teorías contables, afirmando que el número de modelos de cardinalidad no decrece para incontables . [4]
  2. ^ En el trabajo sobre la conjetura de Łoś que precedió a la prueba de Morley, Andrzej Ehrenfeucht introdujo una propiedad ligeramente más fuerte que la propiedad de orden, que Shelah más tarde llamó propiedad (E). Este fue otro precursor de las teorías (ines)estables. [10]
  3. ^ Un beneficio de la definición de estabilidad a través de la propiedad del orden es que es más claramente absoluta en teoría de conjuntos . [11]
  4. ^ El término " pregeometría " se utiliza a menudo en lugar de "matroide" en este contexto.
  5. ^ El término "teoría de la clasificación" tiene dos usos. El uso restringido descrito anteriormente se refiere al programa de Shelah de identificar teorías clasificables y tiene lugar casi en su totalidad dentro de teorías estables. El uso más amplio descrito aquí se refiere al programa más amplio de clasificar teorías mediante líneas divisorias posiblemente más generales que la estabilidad. [11]

Referencias

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  8. ^ Tienda de campaña, Katrin; Ziegler, Martín (2012). Un curso de teoría de modelos . Definición 8.2.1.
  9. ^ Tienda de campaña, Katrin; Ziegler, Martín (2012). Un curso de teoría de modelos . Ejercicio 8.2.1.
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  18. ^ Tienda de campaña, Katrin; Ziegler, Martín (2012). Un curso de teoría de modelos . Ejercicio 8.2.3.
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