Formalisme pour les $(\infty,1)$-catégories ?

Bonjour
La question est peut-être triviale, mais je me demande s'il existe une axiomatique des $(\infty ,1)$-catégories au sens où :
de ce que j'ai vu on peut se donner une idée un peu informelle de cahier des charges pour être une $(\infty ,1)$-catégories ($n$-cellules inversibles à partir de $2$, avoir "toute l'information" sur les morphismes entre morphismes entre morphismes etc), je sais qu'on peut toujours donner des constructions différentes notamment via les simpliciaux (ou même les catégories relatives de ce que j'ai appris récemment) et montrer qu'il y a une équivalence de Quillen à chaque fois, je sais aussi qu'on peut regarder typiquement dans les simpliciaux les $(\infty ,2)$-catégories qui est en gros donné par un enrichissement des quasicatégories, mais je n'ai pas de vision globale de tout ça même après tout ce temps passé à les étudier.

J'ai un peu l'impression que ma façon de comprendre les $(\infty ,1)$-catégories est comme celle qu'aurait quelqu'un à qui on expliquerait ce que c'est qu'être un espace vectoriel réel de dimension 2 en lui parlant de $\mathbb{R}^2$ en lui disant un peu informellement "tu vois y a une multiplication par des réels, etc" qu'on lui donnerait plein d'autres constructions d'espaces isomorphes à $\mathbb{R}^2$ en lui montrant que c'est "pareil" mais sans jamais avoir de définition de ce que c'est qu'un espace vectoriel par exemple et je n'ai malheureusement pas le temps de passer une journée de "recul" pour essayer de faire les liens.

Est-ce que vous connaissez une façon très formelle d'avoir un cahier des charges des $(\infty ,1)$-catégories voire des catégories supérieures tout court "à la manière" des définitions formelles des structures algébriques qui englobent bien les constructions algébriques classiques, quelque chose d'englobant et formel quoi.
Merci d'avance !

Edit : et question vraiment bête mais de la même manière qu'une catégorie est un graphe, n'y a-t-il pas de définition formelle de catégorie supérieure avec un graphe mais avec une liste infinie de flèche "source" "but" pour les $n$-cellules, quitte à donner de gros quotients pour "alléger" et ne pas se retrouver avec les $n$-catégories strictes par exemple. Pourquoi les simpliciaux ou bisimpliciaux (ou $n$-simpliciaux ?) marchent "aussi bien" ?

Réponses

  • ça dépend un peu (t'inquiète, je vais développer :-D )

    En gros, tu as plusieurs approches pour un tel machin :

    1- Une approche syntaxique (où tu vois ta syntaxe comme un "cahier des charges" - après si tu considères qu'une syntaxe donnée est juste un choix de modèle... ça va être plus complexe). C'est fait de plusieurs manières, par exemple je crois que Guillaume Brunerie a une définition syntaxique d'$\infty$-groupoïde (bon c'est pas tout à fait ce qu'on veut mais c'est un début); ou encore Riehl-Shulman ont développé (et travaillent encore dessus) une théorie synthétique des $(\infty,1)$-catégories en théorie homotopique des types (ce qui est un bon signe pour cette dernière !). C'est synthétique au sens où c'est syntaxique.
    Il doit y avoir d'autres approches de ce genre, mais à ma connaissance aucune n'est allée aussi loin que les modèles pour le moment.

    2- Riehl-Verity ont une approche très intéressante qui fait quasiment ce que tu veux : iels définissent ce qu'est un $\infty$-cosmos (à penser comme "une théorie des $\infty$-catégories), et étudient les propriétés de $\infty$-cosmoi, ce qui leur permet d'énoncer des résultats "indépendants du modèle" dans toute théorie des $\infty$-catégorie.
    La définition d'$\infty$-cosmos est tout à fait du style "bam un cahier des charges", et elle est presque $2$-catégorique, donc c'est presque ce que tu veux (puisque les $2$-catégories on sait très bien définir de la même manière que des $1$-catégories, il y a pas à s'inquiéter pour celles-là; si tu me dis $6$-catégories là je vais être plus gêné). Je dis "presque" parce qu'en fait elle repose sur un modèle de la théorie des $(\infty,1)$-catégories.

    Bon en l'occurrence, RV ont choisi les quasicatégories à la Joyal-Lurie parce que ce qui est le plus développé, mais pour des raisons évidentes (:-D) leur théorie marcherait pour à peu près n'importe quel modèle. Mais il faut choisir un modèle. Leur idée est la suivante: un $\infty$-cosmos, c'est une catégorie enrichie (strictement !) en [ $(\infty,1)$-catégories au sens du modèle fixé une fois pour toutes ], + quelques autres données et des axiomes. On montre alors que les quasicatégories forment un $\infty$-cosmos, mais aussi les espaces complets de Segal, et tout plein d'autres modèles populaires, et RV ont ensuite des théorèmes d'indépendance du modèle qui montrent que tous ces trucs là marchent pareil.
    Donc c'est quasiment de la forme "cahier des charges" et quasiment modèle-indépendant : ça l'est, une fois qu'on a fixé un modèle de base (qui est là pour permettre de travailler en fait)

    3- En pratique, de nos jours, les gens qui font des $(\infty,1)$-catégories avec des buts d'applications (et pas pour l'étude de ces dernières) utilisent principalement le modèle des quasicatégories, mais ce, de manière "synthétique" et "indépendante du modèle". En gros, on admet 2-3 (bon, beaucoup plus :-D ) résultats "fondateurs" dont on décrète qu'ils doivent être vrais dans n'importe quel modèle (une théorie fonctionnelle des adjonctions, des co/limites, le lemme de Yoneda sous toutes ces formes, etc.) et travaillent avec ces derniers, en ne mettant que très rarement les pieds dans la "machine simpliciale" de Joyal-Lurie-etc. Après, on a de la chance, lesdits résultats fondateurs ont été démontrés dans ce modèle, donc on n'a pas peur.
    ça a plusieurs avantages, notamment que si un jour on trouve un meilleur modèle, bah pour transférer les résultats on n'aura quasi rien à faire, juste à prouver les "résultats fondateurs" (de même d'ailleurs si on trouve un théorie axiomatique de la forme que tu cherches !); et aussi c'est bien pratique en pratique, ça permet de faire comme si on faisait des $1$-catégories en faisant juste attention
    (parce que oui, les $(\infty,1)$-catégories ce ne sont pas "vraiment" des catégories supérieures; c'est juste des $1$-catégories un peu plus lax)


    Finalement, par rapport à ton édit, remarque qu'un ensemble simplicial, c'est exactement un graphe en dimensions supérieures !! Tu as des $0$-simplexes (les sommets), des $1$-simplexes (les arêtes), des $2$-simplexes (qui "relient" des arêtes) etc. etc. Du coup c'est pas surprenant que les $\infty$-catégories puissent être vues comme des ensembles simpliciaux (cf. le modèle des quasicatégories) !

    En fait, c'est simplement l'idée que la phrase "ce diagramme commute" (qui est "la phrase" de la théorie des catégories) peut se réduire à des phrases de la forme $f\circ g = h$, et que celle-là, si tu fais un dessin, c'est un triangle "rempli", i.e. un $2$-simplexe. Le fait que ça marche si bien est selon moi lié à la propriété universelle de $\Delta$, mais je n'ai pas d'énoncé précis en tête (à part ladite propriété universelle ) donc je ne pourrais pas en dire plus sans m'aventurer dans de la philo pure.
  • Ah ça fait plaisir c’est exactement le genre de réponse que je cherchais, donc en gros y a pas vraiment d’axiomatisation au sens où je l’entends (« syntaxique ») de bien posée. J’ai pas le temps de lire en détail ta réponse et googler les types vers lesquels t’as mis des références, je réponds par politesse pour te dire que je regarde en détail ce week-end (et que t’aies pas l’impression d’avoir répondu dans le vide) Merci !!
    Édit: enfin pas d’axiomatisation triviale communément admise

    ÉDIT 2: au fait, question HS mais ton aisance et ton recul sur les catégories/catégories supérieures (pour ne pas dire les maths tout court) m’épate un peu, je voulais savoir par rapport aux catégories et notamment les catégories supérieures quel a été les trucs que t’as lu pour t’inspirer ? J’imagine que t’as dû beaucoup flâner sur nlab un peu comme nous tous mais si tu devais conseiller un petit parcours initiatique des catégories supérieures en quelques sites et pdfs tu conseillerais quoi ? :d
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