¿Qué hace que la teoría de números sea tan compleja?

Estoy de acuerdo con las otras respuestas hasta cierto punto. Lo que regula la complejidad de un campo en matemáticas es más social que intrínseco al campo. Si se gasta suficiente esfuerzo, siempre se puede encontrar el camino hacia versiones más sofisticadas de los resultados anteriores en el campo. La teoría de números también tiene una cara pública más accesible de inmediato que muchos campos matemáticos, lo que hace que parte de la complejidad sea más obvia.

Creo que, en ciertos aspectos, en realidad es relativamente complicado como campo matemático. Sin embargo, a muchos matemáticos también les gusta la teoría de números, lo que significa que atrae más esfuerzo que un campo similar con un atractivo menos inmediato. Desearía haber entendido cuando elegí obtener mi Ph.D. en él, que por razones similares, también era un campo relativamente competitivo.

Su posición en el universo matemático también ayuda a enriquecerlo en comparación con el campo matemático típico. Mire su posición en este mapa (es 11 en el sistema de clasificación): el Atlas matemático. La disposición del mapa se basa en la cantidad de documentos revisados ​​que se encuentran en más de un campo. Tener muchos documentos en común tiende a acercar los campos entre sí. La parte superior del mapa es en gran parte matemática “pura” mientras que la parte inferior está relativamente “aplicada”. La teoría de números se encuentra en el medio del extremo “puro” del mapa porque se encuentra en la encrucijada de muchos otros campos.

Como estudiante estuve expuesto a la teoría de números relativamente algebraicos. Algunos de los resultados que veríamos mencionados fueron resultados de teoría de números de potencia relativamente alta que dependían del uso de geometría algebraica de potencia relativamente alta. El tipo de geometría algebraica que uno usa en la teoría de números tiende a ser más elegante para una cosa porque la mayoría de las veces de lo habitual, uno necesita usar campos base de todas las características.

Estoy menos familiarizado con la teoría analítica de números, pero también es un subcampo muy poderoso. Alguien más cercano a ese campo estaba describiendo cómo las mejoras en las estimaciones de ciertas sumas exponenciales (suma exponencial – Wikipedia) serían seguidas por una pequeña cascada de mejoras en otros teoremas. Sin embargo, ciertos tipos de funciones especiales terminan figurando prominentemente. Se han realizado resmas de trabajo en formas modulares.

De alguna manera, los límites de la teoría de números parecen un poco arbitrarios. El hecho de que la aproximación de diofantina (aproximación de diofantina – Wikipedia) cuente como teoría de números parece menos arbitraria después de profundizar en detalles. Pero, en general, no habría pensado en la irracionalidad de varios números reales como una pregunta teórica numérica en el mismo sentido que la existencia de infinitas soluciones enteras a [matemáticas] m ^ 2-37n ^ 2 = 1 [/ matemáticas] es.

La lógica a veces se ha aplicado a la teoría de números, como con la solución al décimo problema de Hilbert.

Si tuviera que adivinar en qué otros campos eran igualmente ricos, miraría los campos en los que se publica aún más trabajo, ya que sospecho que tener una gran pandilla trabajando en un campo tiene mucho que ver con cómo termina volviéndose complicado .

Permítanme agregar que lo que más probablemente está ocurriendo es que, en realidad, no es el tema el complejo sino su percepción inicial por parte de un recién llegado / novato por las siguientes razones:

  • una escuela secundaria promedio (desafortunadamente) no prepara a una mente joven adecuadamente para lo que le espera
  • El lenguaje fundamental de incluso los cursos introductorios de pregrado de teoría de números no es conocido / entendido por muchos:
  • los fundamentos primordiales de la lógica formal
  • declaración directa si p entonces q
  • es inverso si q entonces p
  • es inversa si no p, entonces no q (lógicamente equivalente a la inversa)
  • su contrapositivo si no q, entonces no p (lógicamente equivalente al enunciado directo)
  • los conectivos lógicos: NO, AND, OR, XOR
  • el lenguaje de los cuantificadores
    • existencial, [matemática] \ existe [/ matemática]
    • universal, [matemáticas] \ forall [/ matemáticas]
  • ¿Qué es la necesidad?
  • ¿Qué es la suficiencia?
  • cómo traducir, combinando todo lo anterior, un inglés hablado común en la jerga matemática formal (y viceversa) *
  • Pero el mayor desafío (mi opinión) en un cambio de las matemáticas de la escuela secundaria a un curso de teoría de números (o análisis matemático) de primer semestre se presenta por el tipo de matemáticas que se espera que un estudiante recién hecho no esté listo para hacer:

    ¿Qué quieres decir con que tengo que generar la prueba ? Desde cero? ¿Como ahora mismo? Err … errr … errr … ¿Pero cómo? ¡Nadie me enseñó cómo hacer eso! Sé cómo resolver una ecuación [matemática] x + 3 = 7 [/ matemática] y, dado un radio de círculo, sé cómo seleccionar la respuesta correcta, generada por otra persona, de la lista de opción múltiple …

    El punto es: se espera que un estudiante cambie mentalmente de seguir una receta a inventarla / descubrirla , bajo guía, por su cuenta; en otras palabras, se espera que un estudiante exhiba un hábito intelectual de depender solo de los propios jugos creativos. – Una habilidad que rara vez se cultiva en las escuelas secundarias.

    (* para una micro introducción a este tema, puede leer esta respuesta de Quora)

    Para ser sincero, no creo que la teoría de números sea particularmente más complicada que otras ramas de las matemáticas. Si elige casi cualquier tema y comienza a profundizar en él, encontrará que el nivel de abstracción matemática y la complejidad de los argumentos aumenta bastante rápido. Yo diría que esto no es particularmente sorprendente: la única forma en que podría ser falso es si los matemáticos simplemente dejaran de ver problemas que consideraban demasiado difíciles, o si todas las matemáticas fueran fáciles. El primero es probablemente imposible por razones psicológicas. El segundo es probablemente imposible por razones teóricas de información, por lo menos.

    Lo que es realmente sorprendente de la teoría de números es que tiene muchas preguntas que parecen simples, pero son todo lo contrario. La conjetura de los primos gemelos, la conjetura de Goldbach, el último teorema de Fermat, el problema [matemático] 3x + 1 [/ matemático] y muchos más parecen ser fáciles de resolver, pero aparentemente no lo son. ¿Por qué sucede esto en la teoría de números más que en otras ramas de las matemáticas? Creo que hay dos razones principales.

    1. Muchas conjeturas en la teoría de números involucran cosas que todos saben. Pocas personas pueden decirle qué es la cohomología de Galois o una línea tropical. Casi todo el mundo sabe qué es un polinomio o qué es un primo.
    2. Es fácil producir muchos datos para obtener conjeturas muy precisas. Podemos detectar incluso patrones evasivos y hacer buenas predicciones sobre lo que es cierto, incluso si no tenemos idea de cómo probar tales cosas.

    Como resultado, puede ser fácil caer en el pensamiento erróneo de que “esta afirmación es fácil de expresar y los datos definitivamente lo respaldan, debe ser fácil de probar”. Por supuesto, cualquiera que haya tenido que demostrar rigurosamente cosas básicas como el hecho de que no hay enteros entre 1 y 2 saben bien que probar cosas simples puede ser cualquier cosa menos fácil.

    La profunda profundidad inagotable del universo.