单价基础包含古典数学
- 2014年1月13日
- 安德烈·鲍尔
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类型理论,逻辑,辅导的
A类同伦理论邮件列表的探讨促使我写下这张简短的便条。显然,某些数学家中流传着一种错误的信念,即单价基础在某种程度上仅限于构造数学。这是错误的。让我非常清楚:
单价基础包含古典数学!
下次当你听到有人对这一点有疑问时,请让他们参考这篇文章。下面是更详细的解释。
在标准数学中,我们以经典逻辑和集合论为基础:
$\text{logic}+\text{sets}$
除此之外,我们还构建了其他一切。 在单价基金会中,这幅图是扩展。逻辑和集合仍然是基本的,但它们成为我们称之为对象的更大宇宙的一部分类型。 根据同伦理论的复杂性,这些类型被分层。出于历史原因,我们从$-2$开始计算:
$\text{$(-2)$-types}\subseteq\text{$(-1)$-types}\subseteq\text{$0$-types}\subesteq\txt{$1$-typse}\substeq\cdots\subsetq\text}types}$
我们有有限级$-2、-1、0、1、2、\ldots$,以及位于有限级之外的类型。级别$1$和$0$分别对应于逻辑和集合:
- $(-2)$-类型是可收缩的类型,
- $(-1)$-types是真值,
- $0$-类型是集合,
- $1$-类型是groupoid,
- 等。
例如,$\mathbb{N}$是$0$类型,圆$S^1$是$1$类型,而球体$S^2$没有有限级别。如果您熟悉同伦理论,那么将$n$-类型视为其同伦结构在维度$n$以上是微不足道的同伦类型可能会有所帮助。
在单价基金会中,我们可以假设$(-1)$-types的excluded middle,我们可以假设$0$-类型的选择公理。这正好恢复了经典数学,因为它位于一个更大的基础中。没有排除中间人和选择,我们确实获得了单价基金会的“建设性”版本,但这仍然是兼容的经典数学。因此HoTT手册与经典数学兼容,尽管HoTT的书确实兼容不假设排除中间或选择(基数和序数部分除外)。
任何使用单价基础形式化的数学都与经典数学兼容。此外,原则上全部的古典数学可以如此形式化。
由于单价宇宙比集合更大,我们必须习惯某些现象。例如,在0级有一个“商集$\mathbb{R}/\mathbb2{Z}$”,然后有一个$1$-类型的圆(具有一个对象和一个生成循环的广群体)。这与经典数学没有什么不同,在经典数学中,我们习惯于将圆作为集合来讨论,而将圆作为拓扑空间来讨论。
一位古典数学家和一位建构主义类型理论家都会问“所有类型的排除中间和选择公理”,每个人都有自己的原因。这些原则确实可以被制定出来,然后被证明与统一公理不一致。然而,这几乎没有什么影响,因为被排除在外的中间层和选择的“高级”版本只是需要考虑的错误陈述。排除中间层是关于逻辑的,因此它应该只适用于$(-1)$-类型,而选择是关于集合的,它应该只应用于$0$-类型。(要想象经典数学中的类似情况,考虑一下如果我们将选择公理应用于拓扑空间,它会说什么:“每个纤维非空的拓扑束都有一个连续的全局部分”,这显然是胡说八道。)