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Los infinitos. El paraíso de Cantor
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A finales del siglo xix, el matemático alemán Georg Cantor resuelve el problema de lo infinitamente grande. Su invención fue el concepto de función biyectiva, a partir de la cual podemos hablar de conjuntos finitos o infinitos con toda precisión. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ángel Tamariz Mascarúa
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¡El infinito!
Ningún otro problema
Ha conmovido tan profundamente
el espíritu del hombre.
David Hilbert
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Una intuición que no es extraña al espíritu humano es la sensación de que formamos parte de una realidad que va más allá de lo que pueden observar nuestros sentidos. Cuando tenemos la suerte de gozar las imágenes mágicas de estrellas o galaxias, que en la actualidad los grandes telescopios son capaces de transmitirnos, o cuando tenemos la oportunidad de disfrutar las imágenes de lo muy pequeño, como el tejido celular de Volvox aureus o de las primeras células de la formación de un ser humano en el útero materno, y estamos conscientes de que lo pequeño, las células, está formado por partes más elementales y diminutas como los organelos, que lo están por proteínas y ácidos nucleicos, y éstos a su vez se constituyen por partículas aún más pequeñas (moléculas, átomos), entonces se nos presenta con fuerza la visión de nuestro universo inmenso, e inmerso —¿por qué no?— en otros universos conteniendo realidades inimaginables. Estas sensaciones ya las expresaban Kant y Shakespeare en formas diversas: “La fábrica del mundo nos produce un silencioso asombro por su inmensa grandeza y por la variedad y la belleza infinitas que por todas partes resplandecen en ella”, dice el primero en su Historia general de la naturaleza y teoría del cielo, mientras que en Hamlet se puede leer: “Oh Dios, podría estar inmerso en una cáscara de nuez y sentirme rey del espacio infinito”.
Podríamos intentar dar una primera definición de infinito diciendo que es la palabra con la cual designamos la sensación del espíritu, el cual percibe que la realidad limitada por nuestros sentidos no es toda la realidad. Así, el infinito sería el producto de una experiencia sublime, ya sea estética, científica, mística, poética o amorosa, como lo escribió Pablo Neruda: “Beso a beso recorro tu pequeño infinito” —definición emocional y mística que depende de las sensaciones de cada uno de nosotros.
La experiencia de lo infinito aparece definitiva e insistentemente, conservando sus características del infinito emocional que definimos antes, cuando nos acercamos a la geometría y a los números, cuando hacemos matemáticas.
Recordemos, por ejemplo, el problema de los segmentos de recta que no pueden ser comparables usando una unidad común (figura 1); éste es el problema de los números irracionales. ¿Qué significa una magnitud que necesita, para ser definida, una sucesión infinita de aproximaciones por medio de números conocidos? Esto ya lo habían observado los pitagóricos cuando descubrieron la raíz cuadrada de 2, es el caso también de π; un número cercano a él es 3.141592653589793238462643383279502884197169 (en la actualidad, con el uso de las computadoras, se han podido obtener aproximaciones a π cuya representación decimal se expresa con hasta más de cincuenta mil dígitos).
O recordemos también las famosas paradojas de Zenón de Elea, quien, en el siglo v a. C., planteaba, de manera contundente, las dificultades que los procesos infinitos crean entre la realidad lógica y la realidad física. Aquiles, el héroe griego, y una tortuga deciden medir sus habilidades e inician una carrera. Aquiles le da ventaja a la tortuga permitiéndole que inicie la carrera en una posición más adelantada. Resulta entonces que, bajo estas condiciones, éste jamás podrá alcanzar a la tortuga, pues cuando llegue al lugar en donde la tortuga comenzó la carrera, ésta estará adelante de él, y cuando alcance este segundo punto, que ya tocó la tortuga, ésta estará en algún lugar adelante, etcétera (figura 2). Por tanto, Zenón concluye que el movimiento no existe.
Es también en el siglo xix cuando Peano define a todos los números naturales mediante una colección finita de axiomas, que permite decidir muchas propiedades matemáticas por medio de la llamada inducción matemática. Por fin, a finales del siglo xix, es el matemático alemán Georg Cantor quien resuelve de manera magistral el problema de lo infinitamente grande. Reflexionaremos primero sobre los conjuntos, los números y lo que significa contar y comparar números. Recordemos que a ≤ b significa que a es menor o igual que b; a < b significa “a es estrictamente menor que b”; a ε A quiere decir que el objeto a es un elemento del conjunto A; a A debe leerse “a no pertenece a A”, y a ≠ b como “a es diferente de b”; los símbolos {a,b,c,d} y {a A : a satisface ℘} se usan para denotar al conjunto que contiene solamente los objetos a, b, c y d, y al conjunto de elementos del conjunto A que satisface la propiedad ℘, respectivamente.
Números y conjuntos
En matemáticas se trabaja con símbolos, con números, con objetos geométricos, como los triángulos o las rectas, o los puntos de un plano. También, y principalmente, se trabaja con conjuntos formados por objetos matemáticos como: 1) el conjunto de los primeros 5 números naturales: {1,2,3,4,5}; 2) la colección de los números que dividen al número 12: {1,2,3,4,6,12}; 3) la colección de circunferencias que pasan por dos puntos diferentes a y b en el plano; 4) el conjunto de los números naturales N = {1,2,3,...,n,n+1,...}; 5) el conjunto de los puntos en una recta (figura 3). Precisamente a los puntos de esta recta les llamamos los números reales, y denotamos a este conjunto con el símbolo R, y 6) el conjunto {xn : n N}, que es una colección de curvas en el plano.
Si A y B son dos conjuntos, entonces A× B es el conjunto formado por todos los objetos de la forma (a,b) en donde a A y b B. Además, una subcolección B de los elementos de un conjunto A, es también un conjunto. En este caso, decimos que B es un subconjunto de A.
Un conjunto de particular importancia y que seguramente llamará la atención del lector, es aquel que carece de elementos, al cual llamamos el conjunto vacío y lo denotamos con Φ. La consideración de este concepto no es un acto de excentricidad, así como no lo es la inclusión del cero en el sistema numérico.
Otros ejemplos de conjuntos son las funciones: Una función f definida en un conjunto A y con valores en un conjunto B es un conjunto {(a,f(a)) : a A} contenido en A × B de tal forma que a cada a A le asociamos un solo elemento f(a) en B (figura 4).
A partir de los ejemplos aquí planteados, podemos dar una primera clasificación de los conjuntos. Algunos tienen la peculiaridad de que sus elementos pueden ser escritos o representados gráficamente de manera exhaustiva. Este es el caso de {1,2,3,4,5} o es el caso del conjunto de rectas que pasan por cuatro puntos fijos en el plano. En cambio, si tratamos de escribir todos los números naturales uno después de otro, nos convenceremos rápidamente de que esto es imposible. Es decir, nuestros sentidos no pueden percibir, usando el tiempo y el espacio en donde vivimos, a todos y cada uno de estos números.
Esta idea se aproxima a la definición intuitiva y emocional de infinito que dimos antes. Así podríamos hacer un segundo intento por definir infinito de una manera más formal: “Un conjunto A es finito si podemos representar gráficamente a cada uno de sus elementos en un momento y lugar determinado. Si esto no es posible, diremos que A es infinito.”
Observemos, sin embargo, que si bien no podemos escribir a todos los elementos de N de una sola vez, sí podemos definir a todos estos elementos usando una colección finita de palabras: 1 es un número natural, si k es un número natural, entonces k+1 es un número natural.
Contar
Cuando tenemos frente a nosotros una colección finita de objetos (digamos, una bolsa de monedas) y queremos contar cuántos objetos son, reproducimos básicamente la siguiente operación: seleccionamos (con las manos, con la vista o con algún instrumento) primeramente uno de los elementos por contar y mencionamos la palabra “uno”, luego tomamos un elemento diferente al anterior y decimos “dos”, y así proseguimos hasta acabar con todos los elementos de la colección. Gráficamente podemos representar esta operación como se muestra en la figura 5.
Así, la acción de contar los elementos de un conjunto finito A que contiene k objetos, es básicamente la de establecer una correspondencia exhaustiva y uno-a-uno entre los elementos del conjunto A con los elementos del conjunto {1,2,...,k}.
Una vez que estamos conscientes de lo que significa contar, podemos preguntarnos qué es el número 3. Lo primero que se nos ocurre para contestar esta pregunta es tratar de dar ejemplos. Tomamos tres manzanas y decimos “tres manzanas”, tomamos tres sillas y decimos “tres sillas”. Decimos, “el conjunto {1,2,3} tiene tres elementos”, o “el triángulo tiene tres lados”. Pero el ser tres no depende de las manzanas o de las sillas o de los lados del triángulo. ¿Cómo resolver pues esta pregunta? Una buena alternativa es la siguiente: el número 3 es la clase de todos los conjuntos que tienen tres elementos (figura 6).
Esto tiene sentido, y lo podemos hacer con cada número natural. Incluso, esta definición nos permite también comparar entre dos números dados, digamos 3 y 5. ¿Cuál es el mayor de ellos? Tomamos un representante del primero, digamos {1,2,3}, y uno del segundo: {1,2,3,4,5}. Es claro que podemos establecer una relación exhaustiva y uno-a-uno entre el primero y un subconjunto del segundo, pero es imposible hacer lo mismo en sentido inverso. Entonces decimos que 3 es estrictamente menor que 5.
Georg Cantor y el infinito
Son estas ideas básicas, planteadas en la sección anterior, las que inspiraron a Cantor a finales del siglo xix a resolver el problema de lo infinitamente grande. Su magistral invención fue el concepto fundamental de función biyectiva, es decir, la idea de una relación exhaustiva y uno-a-uno. Con más exactitud: Una función f definida sobre un conjunto A y con valores en un conjunto B es biyectiva si (1) f relaciona cada dos elementos diferentes de A con dos valores diferentes de B, y (2) cada elemento en B está relacionado con uno de A (figura 7). Si es posible establecer una relación biyectiva entre los conjuntos A y B, entonces decimos que A y B son equivalentes o tienen la misma cantidad de elementos.
Es así, con la idea de función biyectiva, como podemos definir de manera más precisa lo que significa que un conjunto sea finito o infinito: A es finito si es vacío o si existe un número natural k y una función biyectiva entre los elementos de A y los primeros k números naturales (figura 8). Y un conjunto es infinito si no existe una función con estas características.
Estas ideas nos conducen a generalizar el concepto de número: un número es la clase de todos los conjuntos que son equivalentes (es decir, que tienen la misma cantidad de elementos). Así, como dijimos antes, a la clase de todos los conjuntos con tres elementos le llamamos número 3. De esta manera podemos también considerar la clase de los conjuntos que tienen la misma cantidad de elementos que los números naturales. El número que designa a esta clase es el número infinito álef-cero, el cual se escribe comoℵ0. (álef o aleph, ℵ, es la primera letra del alfabeto hebreo y corresponde a la letra A.)
Con la idea de función biyectiva podemos entonces hablar de conjuntos finitos y de conjuntos infinitos con toda precisión y de números mayores que otros; es decir, podemos determinar cuándo un conjunto tiene más elementos que otro. En efecto, si podemos establecer una función biyectiva entre un conjunto A y un subconjunto de un conjunto B, y no podemos hacer lo mismo de B en A, entonces decimos que B tiene una cantidad de elementos estrictamente mayor que la cantidad de elementos que contiene A (figura 9).
Entre los ejemplos de conjuntos que hemos presentado nos queda claro que varios de ellos son conjuntos infinitos. Por ejemplo, los números naturales y los números reales; así también es infinito el conjunto de los números primos, el de los números enteros Z = {....-3,-2,-1,0,1,2,3,...}, y también el conjunto de los números algebraicos: un número es algebraico si satisface una ecuación del tipo anxn + an+1xn-1+...+a1x + a0 = 0 en donde ai es un número entero para toda i {0,...,n}. ¿Será cierto que todos los conjuntos infinitos tienen la misma cantidad de elementos? Por ejemplo, ¿N tiene la misma cantidad de elementos que R? y ¿tendrá R la misma cantidad de elementos que la colección de puntos del plano? Este tipo de preguntas se las planteó Cantor y logró responderlas de manera sorprendente. En primer lugar resulta que N tiene tantos elementos como algunos de sus subconjuntos propios; este es el caso, por ejemplo, del conjunto de los números pares. También el conjunto de los números enteros Z tiene la misma cantidad de elementos que N (figura 10). Y aún más asombroso es que hay tantos números algebraicos como naturales.
Ahora podemos imaginar que los números impares son tantos como los elementos en N.
¿Cómo demostraríamos que la colección de números primos es tan grande como N?
También es posible darnos cuenta de que hay tantos números naturales como racionales positivos (figura 11), es decir, tantos números racionales (elementos en Q = {p/q: p,q Z, q ≠ 0}) como naturales. Así, en el costal con etiqueta ℵ0 se encuentran Z, {2n : n N} y Q (figura 12).
Asimismo, usando la idea de función biyectiva, podemos demostrar que la cantidad de puntos en un segmento de recta [a,b] es la misma que la de puntos en un segmento [c,d] para cualesquiera a,b,c,d ∈ R que cumplen a < b y c < d; y que la cantidad de puntos en el segmento de recta comprendido entre dos puntos a, b con a < b, (a,b) = {x R : a < x < b}, es la misma que la de puntos en toda la recta real (figura 13).
Comparar conjuntos
Una de las preguntas que formulamos antes y que resulta importante es ¿todos los conjuntos infinitos tienen la misma cantidad de elementos? En particular, ¿coincide la cantidad que hay de números reales con la de números naturales?
Una vez más, ¿qué significa que un conjunto A tenga más elementos que un conjunto B? Bueno, como ya dijimos antes, A tiene estrictamente más elementos que el conjunto B si: 1) podemos establecer una biyección entre los elementos de B y los elementos de un subconjunto de A, pero, 2) no podemos establecer una biyección entre los elementos de A y los elementos de un subconjunto de B (este es el llamado teorema de Cantor-Bernstein).
Es necesaria la segunda condición 2) en la definición anterior, ya que, por ejemplo, N tiene tantos elementos como el conjunto de racionales positivos {p/q : p,q N}. Esto nos podría hacer pensar que la colección de números racionales, es decir, el conjunto de todos los cocientes (o quebrados) formados por números enteros, es un conjunto con una cantidad de elementos estrictamente mayor que los que posee N, pero esto no es cierto, hay tantos naturales como racionales.
Algunos otros ejemplos: se puede probar que la colección de puntos en un círculo es tan grande como la colección de puntos en todo el plano. Es más, hay tantos puntos en el pequeño guión – como puntos hay en todo nuestro universo de tres (¿o cuatro?) dimensiones. Se derrumba definitivamente el principio euclideano que afirmaba “el todo es estrictamente mayor que cada una de sus partes”. Es claro que esto ya no es siempre cierto, por lo menos, como estamos viendo aquí, hay partes que tienen tantos elementos como el todo. El aforismo euclideano debe cambiarse por el siguiente: “el todo es mayor o igual que cada una de sus partes”. Esta realidad matemática la expresa Kant diciendo: “No nos acercamos más a la infinitud de la obra de la creación divina encerrando el radio de su revelación en una esfera que tenga por radio la Vía Láctea, que tratando de circunscribirla a una bola de una pulgada de diámetro”, mientras que para Borges, “el diámetro del Aleph sería de dos o tres centímetros, pero el espacio cósmico estaba ahí, sin disminución de tamaño”.
El continuo
Llegamos ahora a un punto en donde es ineludible la pregunta ¿el conjunto de puntos en la recta, es decir, el conjunto de números reales tiene tantos elementos como N?
Veamos, si R tuviera tantos elementos como N, entonces podríamos escribirlos en una lista, en particular los números reales entre el 0 y el 1 en su forma decimal (x1=0.a11a21a31..., x2=0.a12a22a32..., x3=0.a13a23a33..., ..., xk=0.a1ka2ka3k...,...), en donde cada aij es un número entre el 0 y el 9. Ahora tomemos en cuenta el número x= 0.b1b2b3... en el cual, para cada i, bi es un número entre el 1 y el 8 diferente de aii. Resulta entonces que el número x es un número real mayor que 0 y menor que 1 y no aparece en la lista que habíamos dado, ya que difiere de xi en su i-ésimo decimal para cada i. Por ejemplo, de manera más concreta, supongamos que la lista de los números reales entre el 0 y el 1 es la siguiente:
x1=0.207445..., x2=0.378950..., x3=0.901178..., x4=0.983098..., x5=0.872659..., x6=0.272457...
Ahora tomamos x=0.123468... De esta forma x no es x1 pues el primer número en la representación decimal de x es 1 y el correspondiente de x1 es 2; no es x2 pues el segundo número de la representación decimal de x es 2, mientras que el de x2 es 7, etcétera. Pero habíamos dicho que en la lista x1,x2,x3,... estaban representados todos los números reales mayores que 0 y menores que 1. Obtenemos así una contradicción. Esto significa que forzosamente R debe tener más elementos que N. Al número de elementos en R lo denotamos por c y recibe el nombre de “El continuo”.
Así pues descubrimos otra de las verdades asombrosas sobre el infinito: existe más de un infinito.
El conjunto potencia
Dado un conjunto A podemos hablar del conjunto potencia P(A) que es el conjunto de todos los subconjuntos de A. Así, si A = {1,2,3}, entonces P(A) = {,{1},{2},{3},{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3}}.
Obsérvese que en este ejemplo la cantidad de elementos que tiene A es menor estrictamente que la cantidad de elementos que tiene P(A).
La proposición que sigue generaliza esta observación y tiene implicaciones importantes: resultado 1. Para cualquier conjunto A, P(A) tiene estrictamente más elementos que A.
Demostración: supongamos que existe una función biyectiva h que relaciona los elementos de A con aquellos de P(A). Tomamos ahora el conjunto T formado por los elementos x de A que tienen la peculiaridad de no ser elementos de h(x). T es un subconjunto de A y por lo tanto debe existir un elemento a en A tal que h(a) T. Ahora bien, es claro que el elemento a o pertenece a T o no pertenece a T. Si pasa lo primero, es decir, si a T, entonces, por definición de los elementos en T, a T; y si a T, entonces a T. Las dos conclusiones juntas constituyen una contradicción, por lo cual debemos concluir que no existe ninguna biyección entre los elementos de A y los de P(A). Como además la relación a → {a} es una biyección de A en una subcolección de P(A), entonces se cumple que A tiene estrictamente menos elementos que P(A).
En particular tenemos que: resultado 2. Existe una infinidad de números infinitos diferentes.
Demostración: en efecto, dado cualquier número infinito α y dado un representante de α, A (es decir, la cantidad de objetos que tiene A es α), el número infinito que representa la cantidad de elementos de P(A) es un infinito diferente de α y es mayor estrictamente que α.
Podemos nombrar algunos de estos números infinitos: ℵ0 < ℵ1 < ℵ2 <,..., < ℵk <,... en donde ℵ1 (álef-uno) es el infinito más pequeño mayor que ℵ0; ℵ2 es el infinito más pequeño mayor que ℵ1; ℵ3 es el infinito más pequeño mayor que ℵ2, y así sucesivamente.
También es posible demostrar que: resultado 3. El conjunto de números reales R tiene la misma cantidad de elementos que P(N).
Por cierto, si la cantidad de elementos de un conjunto infinito A es m, entonces el número de elementos de P(A) es igual a 2m. Por el resultado 3 se cumple que c = 2ℵ0.
Aquí hay que señalar que el número infinito más pequeño es ℵ0, como sugiere la notación. Es decir, si A es un conjunto infinito, entonces A contiene un subconjunto con tantos elementos como N. En efecto, tomemos a1 A, como A es infinito existe a2 A el cual es diferente de a1. De nuevo, como A es infinito, entonces A no es igual a {a1,a2}, por lo que podemos tomar a3 A el cual no pertenece al conjunto {a1,a2}. Así, si ya tomamos a1,...,ak elementos diferentes en A, es posible tomar ak+1, también elemento en A que es diferente a los elementos ya tomados a1, a2,...,ak. De esta forma se puede construir un subconjunto de A que tiene tantos elementos como N. Esto significa que la cantidad de elementos de A es mayor o igual que la cantidad de elementos de N.
Aritmética de números infinitos
Cuando sumamos al número 3 al número 5, básicamente realizamos la siguiente operación: consideramos un representante del número 3, digamos {1,2,3} y tomamos uno del 5 que no tenga elementos comunes con {1,2,3}: {4,5,6,7,8}; reunimos los elementos de ambos conjuntos y obtenemos el conjunto {1,2,3,4,5,6,7,8} que representa al número 8. Así decimos que 3 más 5 es igual a 8.
Esta es la idea natural de suma y la podemos aplicar a nuestros números, sean finitos o infinitos. La suma de dos números, finitos o infinitos, m y n es igual a la cantidad de elementos que posee un conjunto M que representa a m, es decir, que tiene m objetos, más los elementos de un conjunto N que contiene n elementos, cuidando que M y N no tengan elementos comunes (figura 14).
Ahora podemos definir producto, pues éste no es otra cosa que la repetición de la operación suma. Multiplicar los números m y n, mn, es sumar n veces el número m. Es decir, para obtener mn debemos tomar n conjuntos ajenos por pares, cada uno de ellos con m elementos, y formamos el conjunto unión que contiene a todos los elementos de los conjuntos elegidos. La cantidad de objetos que contiene el nuevo conjunto es igual a mn. Expresado de otra forma, mn coincide con la cantidad de elementos de un conjunto de la forma A × B en donde A posee n elementos y B contiene m elementos (figura 15).
Así, de manera natural, hemos definido una aritmética entre los números finitos e infinitos. Sin embargo, cuando operamos con números infinitos debemos tener cuidado, ya que lo inesperado vuelve a aparecer. Algunos de los resultados sorprendentes de esta aritmética de los números infinitos son las igualdades siguientes que no tienen nada que ver con la naturaleza de la aritmética de los números finitos. Se cumple que si m es un número infinito, entonces mm=m+m=m; más generalmente: mm=n+m=máximo {m,n}, para cualquier número finito o infinito n.
Esto significa, en particular, que si a un conjunto infinito le aumentamos hasta tantos elementos como los que posee, no aumentamos en nada la magnitud de su tamaño. Por ejemplo, considérese el conjunto de números pares y adiciónese el conjunto de números impares. Estamos sumando ℵ0 más ℵ0. Obtenemos como resultado a todos los números naturales, es decir, volvemos a obtener, como resultado de esta operación, el número ℵ0 (figura 16).
David Hilbert y el problema del continuo
Tenemos entonces que ℵ0 es el número que designa a la cantidad que existe de números naturales, y c designa la cantidad de puntos que hay en una recta. Además, como hemos dicho, ℵ0 < c.
Resulta entonces el siguiente problema que planteó Cantor y que no pudo resolver. ¿Existe un número infinito m que satisfaga la relación ℵ0 < m < c? A la negación de tal afirmación, es decir, c=ℵ1, se le llama ”hipótesis del continuo”.
Ya en 1900 uno de los matemáticos de mayor prestigio de la época, David Hilbert, había planteado varias ideas fundamentales con respecto a las matemáticas y al trabajo de Cantor, algunas de las cuales fueron presentadas por Hilbert en el congreso internacional de matemáticas en París en ese año: 1) manifestó su admiración por el trabajo realizado por Cantor y lo apoyó públicamente contra sus detractores: “nunca nadie nos expulsará del paraíso que Cantor creó para nosotros”; 2) proclamó la cercanía del fin de la construcción del edificio matemático, y no vaciló en afirmar su convicción de que todo problema matemático llegaría a resolverse; 3) enumeró veinte problemas matemáticos que a su juicio eran los problemas más importantes para ser resueltos en los años subsiguientes; entre los que mencionó el del continuo: ¿existe un número infinito m que satisfaga la relación ℵ0 < m < c?
Gödel y Cohen
Treinta años después, Kurt Gödel respondió de manera genial a las preguntas de Hilbert. En primer lugar, no es posible soñar con la estructura completa del edificio matemático, y no es posible obtener una demostración de la veracidad o falsedad de cualquier problema matemático. Demostró que en cualquier teoría axiomática que incluye la aritmética de los números enteros, existe siempre un enunciado tal que ni él ni su negación pueden ser demostrados dentro de la teoría misma; es necesario considerar una teoría más amplia para encontrar su demostración o la demostración de su negación.
Resultado 4 (K. Gödel): si T es un sistema axiomático consistente que incluye la aritmética de los números enteros, entonces hay una fórmula cerrada A en T la cual es indecidible en T.
El segundo resultado de Gödel se refiere al problema del continuo. Demostró que si los axiomas básicos de la teoría de conjuntos llamados de Zermelo-Fraenkel (axiomas tales como: existe un conjunto, el objeto que carece de elementos, es decir, el vacío es un conjunto, la unión de dos conjuntos es un conjunto, existe un conjunto infinito, etcétera) son consistentes, entonces la hipótesis del continuo (ℵ1=c) es un enunciado consistente con los axiomas de Zermelo-Fraenkel. Es decir, si la teoría construida a partir de los axiomas de Zermelo-Fraenkel no contiene ninguna contradicción, entonces la teoría que se obtiene a partir de los axiomas de Zermelo-Fraenkel más la proposición c=ℵ1, no contendrá ninguna contradicción.
Años más tarde, en 1954, Paul J. Cohen demostró que la negación de la hipótesis del continuo es también consistente con los axiomas de la teoría de conjuntos, suponiendo la consistencia de éstos.
A partir de entonces ha quedado claro que la realidad matemática se bifurca en universos con realidades diferentes cada uno de ellos: el universo del c=ℵ1, por un lado, y el universo del c>ℵ1 en contraposición.
Números infinitos gigantes y pequeños
Los números infinitos forman una parte importante de la materia prima que algunos matemáticos manejan y estudian cotidianamente. Con frecuencia se encuentran con números infinitos gigantescos, los cuales son de diferentes tipos y reciben nombres tales como “infinitos fuertemente inaccesibles”, “infinitos medibles”, etcétera, y son tan grandes que se puede demostrar que no hay forma de probar su existencia.
Por ejemplo, un infinito fuertemente inaccesible α tiene las siguientes características: 1) para obtener α sumando infinitos menores que él, debemos, forzosamente, utilizar α sumandos, y 2) para cualquier infinito β < α se cumple que 2β < α...
Están también los infinitos que podemos llamar pequeños, que son los números que se encuentran entre ℵ0 y c.
Para ilustrar este tipo de infinitos necesitamos introducir algunas definiciones.
Al conjunto P de todas las funciones definidas en N y con valores en N le asignamos un orden ≤ como sigue: para f,g P, f ≤ g si f(n) ≤ g(n) para todo n ∈ N. Un subconjunto B es no acotado si no existe ningún h ∈P tal que g ≤ h para cualquier g B; y decimos que B es dominante si para cada f P existe g B tal que f ≤ g.
Definimos ahora b como el infinito que representa la cantidad que tiene uno de los subconjuntos más pequeños de P que no son acotados, y d es el infinito que representa la cantidad de elementos que tiene uno de los conjuntos dominantes más pequeño en P.
Se puede demostrar que ℵ1 ≤ b ≤ d ≤ c.
Es decir, b y d son infinitos pequeños. Además, es consistente con los axiomas de Zermelo Fraenkel que b < d, y es también consistente que b = d. Es decir, lo real acerca de b y d depende del universo matemático sobre el que estemos observando.
Termino esta breve descripción de lo infinitamente grande, reproduciendo unas palabras de principios del siglo xx del filósofo ingles Bertrand Russell, quien al referirse a los logros de las matemáticas del siglo xix, y en especial a los de Cantor, al resolver el problema de lo infinitamente grande, escribe “casi toda la filosofía anda hoy transtornada por el hecho de que todas las viejas y respetables contradicciones en las nociones del infinito han sido eliminadas para siempre”. Nos preguntamos qué tan válida sigue siendo hoy en día esta frase; en particular: ¿cuál es la posición de la filosofía de principios del siglo xxi con respecto al infinito y con respecto a los grandes logros de las matemáticas del siglo xx?
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“El comercio en la costa occidental, tal y como ha sido practicado hasta ahora, no constituye, a mi parecer, la única forma de explotación posible y remuneradora en África. Los productos naturales que los indígenas únicamente colectan y transportan a la costa y que, hasta ahora, han sido la principal fuente del comercio con África, se irán acabando progresivamente. Si no se aseguran nuevas fuentes de productos por medio de la creación de cultivos, para los cuales el suelo africano es tan apto, el comercio estará en riesgo de extinguirse”, afirmaba el ministro de las Colonias Delcassé en 1894. Con este fin en mente, a mediados de 1895, los ministerios de agricultura y de las colonias comisionaron al agrónomo Jean Dybowski para que viajara a África Occidental, estudiara qué cultivos podían establecerse y elaborara el proyecto de un jardín de ensaye en Guinea. Dybowski era partidario de los jardines de ensaye pues concordaba con Delcassé en que por medio de la agricultura se podrían remplazar los productos naturales que se estaban acabando. Esta concepción no era únicamente un capricho de un ministro, o el sueño de un agrónomo que estaba en la región de paso, sino una opinión generalizada.
Un reporte oficial de 1899, que trata sobre la colonización agrícola de la Guinea francesa, nos ilustra acerca de la concepción que se tenía a finales del siglo acerca de los recursos agrícolas. En él se puede leer que Guinea podría proveer a la metrópoli de productos tropicales como “café y cacao, provenientes de América, algodón, producido en la India y en América, y el índigo de la India”. En esos años en los que Guinea y Senegal son los países más prósperos de la costa africana, Guinea parece ser un lugar rico en posibilidades. En las regiones sudanesas abundan las lianas de caucho, y pronto se planea introducir el algodón que piden los industriales metropolitanos. Las regiones altas, menos calientes y menos húmedas que la región baja de la costa, parecen propicias para el cultivo de frutales (incluyendo los cítricos), café, cacao, cola y algodón, así como para el ganado. En la visión de los colonizadores, la riqueza y la fecundidad del país son sólo igualadas por la pereza de los indígenas y su incapacidad de aprovechar los recursos. El reporte indica que el papel de los jardines de ensayos es el de proporcionar a los colonos las instrucciones necesarias para el cultivo racional de las plantas introducidas y el de servir de vivero para distribuir semillas y plantas.
Esas son las convicciones acerca del futuro agrícola del país en el momento en el que Paul Tessonier, un especialista egresado de la Escuela Nacional de Horticultura de Versailles, llega a Conakry cargado de unas cajas y bolsas con semillas y de unas cajas Ward con plantas vivas, provenientes del jardín botánico de París o Jardin des Plantes. Venía secundado por dos franceses expertos en cultivos y un vigilante y una veintena de obreros africanos. Apenas unas semanas más tarde ya había encontrado un terreno adecuado cerca del pueblo de Camayenne donde establecer el jardín de ensaye. Empieza a desmontar el terreno a finales de mayo y para la estación de lluvias del siguiente año ya se encuentran plantadas, en unas siete hectáreas, ciento veintinueve especies, la mayoría de ellas introducidas.
El contexto colonial
Este jardín no es un caso único. A finales del siglo xix el expansionismo europeo llega a su apogeo y se colonizan vastas regiones de África y Asia. En la mayoría de los territorios colonizados se implantan muy pronto jardines botánicos. Entre 1880 y 1900 se crean alrededor de una decena de este tipo de establecimientos en las posesiones británicas, alemanas y holandesas. Hacia 1900, cada territorio del imperio francés cuenta con un jardín de ensayos, conformando una red cuyo centro es el Jardin des Plantes de París.
La creación de estos establecimientos es el resultado de grandes intereses económicos. Desde los siglos xvii y xviii hasta la época del mercantilismo, conseguir semillas en el territorio de un país rival, transportarlas y aclimatarlas en un jardín botánico con el fin de cultivarlas en una colonia, es frecuentemente un asunto de Estado. La introducción del café en Martinique en 1720 y posteriormente las especias por Pierre Poivre en el Jardin des Pamplemouses en la isla Mauricio, son sólo algunos de los episodios de la partida de ajedrez botánica que se juega a escala planetaria y en la que participan las grandes potencias del momento. Durante la segunda mitad del siglo xix el creciente consumo de productos tropicales, la marina de vapor, la caja Ward y el crecimiento colonial, impulsan considerablemente la red y la actividad de los jardines botánicos. Inventada en 1830, la caja Ward permite la conservación de las plantas vivas durante los viajes. Gracias a esta innovación, el jardín botánico de Kew, cerca de Londres, puede enviar en el periodo comprendido entre 1832 y 1847, seis veces más plantas que las que había expedido en los cien años anteriores. En las cajas Ward se transportó el té proveniente de China, que se introdujo en la India y que dio lugar al florecimiento de las plantaciones y al five o’ clock tea. Ese es también el caso del Hevea, llevado en 1876, vía Kew, de Sudamérica a Asia, y que tres décadas más tarde remplazaría la producción de caucho de la selva brasileña con el de las plantaciones del Sureste asiático, así como del café y el cacao, que llegaron de ese mismo modo a África occidental. Este movimiento de plantas, impulsado a través de la red de jardines botánicos, cambió radicalmente el mapa agrícola y botánico del espacio intertropical.
A finales del siglo xix, centenares de botánicos formados en la metrópoli trabajan en los imperios europeos, en los jardines botánicos y en los, más modestos, jardines de ensayos. Algunos de estos establecimientos cuentan con laboratorios, bibliotecas y herbarios. En África tropical, la creación de estos centros de investigación marca el inicio de la implantación de la ciencia occidental moderna. En contraste, las décadas anteriores de conquista colonial se caracterizaron por una actividad científica basada principalmente en la exploración geográfica y naturalista, llevada a cabo por medio de misiones de corta duración.
La botánica también juega un papel importante en la expansión colonial francesa. Los naturalistas ocupan un lugar esencial en el proyecto de colonización de Argelia a partir de 1830, así como en la política agrícola implementada posteriormente. En las primeras dos décadas de conquista se establecen por lo menos veinte jardines de ensaye. Lo mismo sucede durante la expansión colonial en África negra, Madagascar e Indochina, donde se crean más de treinta jardines de ensaye, entre los cuales se puede mencionar los de Saigon en 1865, Hanoi en 1886, Libreville en 1887, Túnez en 1891, Tananarive y Conakry en 1897,formando una red de establecimientos coordinados desde el Jardin des Plantes en París. De igual manera, hacia 1900, el jardín botánico de Kew es el centro de alrededor de casi ochenta jardines botánicos coloniales establecidos en los territorios del imperio británico.
En el caso de Alemania, el jardín botánico de Berlín juega un papel similar al de Kew y el Jardin des Plantes. En las Indias holandesas, que para entonces cuentan con un largo pasado de colonización agrícola, las estaciones de investigación especializadas en los principales cultivos coloniales son coordinadas por el jardín botánico de Buitenzorg que, a fines del siglo xix, es un importante centro de botánica y ecología tropical. De este modo, el siglo xx inicia con cerca de doscientos jardines y varios centenares de botánicos que trabajan en la periferia de los imperios europeos, dedicados a la tarea de inventariar, estudiar, circular y mejorar las principales riquezas vegetales del planeta.
Un laboratorio para la civilización
¿Cómo se ve Conakry? En 1890 Conakry no es más que un pueblo con algunas centenas de habitantes, de los cuales cinco o seis son europeos instalados en la isla de Tumbo. Tres años más tarde es decretada capital de la Guinea francesa, que en ese momento también comprende a Costa de Marfil y Benin. Su gobernador, el doctor Noël Ballay quiere convertir a Conakry en la capital comercial de las riveras del sur y remplazar algunos enclaves comerciales anteriores. A partir de entonces, se inicia la planeación y el desarrollo de la ciudad que deberá albergar a comerciantes, funcionarios y hacendados. Sin embargo, cuando Tessonier desembarca en 1896, Conakry es todavía una aldea de tres mil seiscientos habitantes (con cincuenta y siete europeos en estación de lluvias, y trescientos, de los cuales cuarenta son mujeres, en la temporada seca), con dos iglesias, dos escuelas, una cuartel, algunas tiendas, el correo y un único caféhotel. ¿Qué significa el jardín para esa pequeña comunidad de blancos?
En 1906, el jardín cultiva entre doscientos cincuenta y trescientas especies de plantas en unas quince hectáreas, de las cuales apenas una quinta parte son del lugar. Su función no es la de cultivar la flora de Guinea o constituir un museo viviente de las especies locales (es decir, un conservatorio). El jardín de ensaye es, más bien, el primer sitio de llegada a tierra africana de las especies provenientes de todo el mundo. En él se cultiva una gran variedad de plantas, tanto desde el punto de vista de sus orígenes, de sus exigencias climáticas como de sus usos. Junto a las plantas productoras de hule, plátanos y cacao, se encuentra una multitud de plantas ornamentales y odorantes, árboles para avenidas y plantas para crear sombra. El listado de las especies que ahí se cultivan obedece a las diversas necesidades de la comunidad blanca y a su voluntad de transformar el paisaje de las colonias.
El orden en el jardín es muy revelador. ¿Es necesario recordar que la naturaleza que ahí se exhibe se encuentra inscrita en un registro completamente distinto al de la maraña vegetal de las selvas vecinas? Si todo jardín, espacio cerrado por definición, habla del control de la naturaleza, el jardín de ensaye debe dramatizar la capacidad del hombre blanco tanto de dominar y ordenar la naturaleza africana, como de civilizar la maleza. La selecta riqueza florística compuesta por las plantas provenientes de los más diversos puntos del globo y el refinamiento hortícola están ahí para celebrar la superioridad técnica del colonizador.
La naturaleza salvaje y exuberante es disciplinada y sigue un orden construido según un plan funcional. Las plantas que tienen un mismo uso se encuentran agrupadas en bloques cuadrados: plantas productoras de hule, árboles frutales, plantas textiles, plantas medicinales, etcétera. A diferencia de un ordenamiento por familias o biotopos, este plan refleja la función utilitaria del jardín de ensaye y presenta la naturaleza tropical como un reservorio de riquezas útiles para la industria y el comercio. A pesar de lo artificial de estos lugares atrincherados, es ahí donde se producen importantes conocimientos acerca del medio ambiente tropical.
El jardín es un espacio en el que se crea una relación particular con la naturaleza y que permite la reproducción de muchas especies pero, ¿qué sucede con las plantas cuando salen de su recinto? ¿Las verdades, los gestos y las prácticas empleadas dentro del jardín, siguen siendo válidos y operacionales en espacios más amplios y menos controlados? En 1900, tomando los datos de algunos árboles de plátano y por medio de una simple regla de tres, Tessonier calcula que un hectárea puede producir ciento veinte toneladas. Estos datos sugieren que se puede obtener una producción cinco veces mayor a la que se cosecha en las plantaciones de las islas Canarias. Sin embargo, en la experiencia, mientras más amplía la superficie cultivada, Tessonier se ve obligado a corregir sus cálculos, pues los datos arrojan cifras mucho menores (cincuenta toneladas). Sin embargo, esta cantidad aún es alta comparada con el rendimiento real que se obtiene posteriormente en las plantaciones y que no rebasan las quince toneladas.
“No se trata únicamente de lograr que crezcan las cosas —como se hace en nuestros jardines de ensaye—, es necesario lograrlo a un precio que pueda competir con el de productos similares en el mercado”, exclaman algunos hacendados. Los agrónomos a cargo del diseño de las políticas agrícolas de las colonias se suman a las críticas y proponen, a partir de principios de siglo, la creación de campos y estaciones agrícolas de mayor amplitud, lejos de las ciudades y más cerca de las regiones agrícolas, especializados en un pequeño número de cultivos. En 1900, el jefe del servicio agrícola de Senegal se declara partidario “de la experimentación directa, en condiciones locales, empleando los recursos del país, en cultivos de varias hectáreas, para salir de los límites de los jardines”.
Un enclave europeo
Y aunque los botánicos del jardín de ensaye se enfrentaron con serias dificultades para aclimatar en gran escala las plantas y para encontrar cultivos que fuesen rentables, sí lograron transformar el universo vegetal de la ciudad de Conakry. El jardín de ensaye jugó un papel fundamental en la transformación de la ciudad en un lugar habitable, según la concepción que tenía la microsociedad blanca de lo que constituye la urbanidad, la civilización y lo tropical.
En la ciudad, al igual que en el jardín de ensaye, la naturaleza salvaje no tiene cabida en el plano catastral en cuadrícula. Durante los trabajos de urbanización, sólo algunos mangos y árboles del capok se salvan del hacha. El urbanismo sigue los patrones haussmanianos de París: un esqueleto de grandes avenidas bordeadas por dos hileras de árboles, completado por arterias más estrechas plantadas con una sola hilera. Lo vegetal debe plegarse a los imperativos de la geometría, la higiene, el orden y la seguridad: así se construye una separación entre “maleza” y “ciudad”, entre “primitivo” y “salvaje”. Después de los trabajos de ordenamiento urbano, Conakry se convierte en el modelo de la ciudad colonial.
En la ciudad, además de la imagen de lo que es lo moderno y lo civilizado, se construye un tipo de tropicalidad, sofisticada y cosmopolita. Ésta, inventada inicialmente al interior de los jardines, cerrados pero insertos en una red mundial de intercambio de plantas, imprimirá su huella tanto en las ciudades coloniales como en nuestro imaginario de lo “tropical”.
A partir de 1897, el jardín de ensaye surte al Servicio de Trabajos Públicos, además de los árboles de mangos (provenientes de Asia pero naturalizados), con nuevas especies para plantar en las avenidas. El fino y elegante filao, originario de Australia (Casuarina equisetifolia), el palo negro, de las Antillas (Albizzia lebbeck), el cailcedrat de Senegal (Khaya senegalensis) de hojas perenes, ideales durante la temporada de secas cuando se necesita de sombra, así como el coco y el flamboyán, empiezan a poblar la ciudad. Tropicales pero exógenos, éstos árboles crean un exotismo cosmopolita. El caso del coco (cocos nucifera) es ilustrativo. Originario de Polinesia o del Sureste asiático, ocupa un lugar importante en los relatos de los viajeros que participan en las grandes expediciones navales del siglo xviii, quienes describen los lugares paradisiacos de las islas del Pacífico y de Tahití. Aunque había algunos ejemplares naturalizados en Conakry, Tessonier se dedica a la importación y a la producción “industrial” de estos árboles para las calles desde 1900 y puebla masivamente las playas locales de este accesorio indispensable a todo paraíso tropical.
La ciudad tropical debe de ser un lugar familiar al europeo. El funcionario que cambia de puesto, el comerciante que viaja por sus negocios, el experto en viaje enviado a una misión debe volver a encontrar sus referentes: la traza en cuadrícula, una oficina de correos, una estación de tren, laureles, flamboyanes y palmeras en la playa. Se trata de elementos que homogeneizan a las ciudades del mundo tropical y que a la vez hacen que éstas formen parte de una misma cultura global.
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Christophe Bonneuil
Centro A. Koyré de Historia de las ciencias y de las técnicas,
cnrs, París.
Traducción
Nina Hinke.
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como citar este artículo → Bonneuil, Christophe y (Traducción Hinke, Nina). (2002). Los jardines botánicos coloniales y la construcción de lo tropical. Ciencias 68, octubre-diciembre, 46-51. [En línea]
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