Теорема Гёделя — синтаксическая версия

Владимир Успенский

Знаменитая Теорема Гёделя о неполноте имеет две версии — синтаксическую (объявленную и доказанную самим Гёделем) и семантическую (чаще всего фигурирующую в популярных рассуждениях о великой Теореме). Семантическая версия утверждает, что какую бы систему формальных доказательств ни придумать, в языке найдутся истинные утверждения, не доказуемые в рамках предложенной системы.

Таким образом, семантическая версия исходит из того, что некоторые выражения языка выражают осмысленные утверждения, являющиеся истинными или ложными. Синтаксическая версия не опирается на то, что какие бы то ни было выражения языка имеют какой-то смысл, она смотрит на выражения как на синтаксические конструкции, то есть как на цепочки символов, организованные по определённым правилам. Синтаксическая версия Теоремы Гёделя утверждает, что какую бы систему формальных доказательств ни придумать, в языке найдутся такие выражения, что ни их самих, ни их отрицания невозможно доказать в рамках предложенной системы.

Разумеется, обе версии предполагают выполнение некоторых естественных ограничений, налагаемых как на рассматриваемый язык, так и на систему формальных доказательств.

Среди таких ограничений центральное место занимает предположение о непротиворечивости языка. Для семантической версии нужна семантическая непротиворечивость, означающая, что никакое ложное утверждение не может быть доказуемым. Для синтаксической версии нужна синтаксическая непротиворечивость, означающая невозможность того, чтобы одновременно оказались бы доказуемыми и какое-то выражение и его отрицание.

Лекция будет посвящена синтаксической версии Теоремы Гёделя о неполноте (семантической версии были посвящены три лекции на Летней школе 2007 г.). Сам Гёдель доказал синтаксическую версию, используя более сильное, чем непротиворечивость, предположение, а именно так называемую омега-непротиворечивость. Через несколько лет после публикации Гёделя Россеру удалось заменить омега-непротиворечивость на простую непротиворечивость.

Когда Гёдель и Россер излагали свои теоремы, ещё не родилась теория алгоритмов. А она позволяет сделать более прозрачным изложение синтаксической версии — как в первоначальной гёделевской формулировке, то есть в предположении омега-непротиворечивости, так и в последующей россеровской формулировке, то есть в предположении простой непротиворечивости.

Успенский Владимир Андреевич, доктор физико-математических наук, профессор.

Летняя школа «Современная математика», г. Дубна
19 июля 2010 г.

Комментарии: 0

Похожее

Теорема Гёделя о неполноте и четыре дороги, ведущие к ней

Владимир Успенский

Теорема Гёделя о неполноте — едва ли не самая знаменитая теорема математики. Она утверждает, что какие бы способы доказывания ни предложить, в любом достаточно богатом языке найдутся истинные, но не доказуемые утверждения. Богатство языка есть его способность выражать факты. Оказывается, что для целей теоремы Гёделя богатство языка достаточно понимать как его способность выражать принадлежность натуральных чисел перечислимым множествам.
Теорема Гёделя о неполноте

Алексей Сосинский

Теорема Гёделя, наряду с открытием теории относительности, квантовой механики и ДНК, обычно рассматривается как крупнейшее научное достижение ХХ века. Почему? В чем ее суть? Каково ее значение? Эти вопросы в своей лекции раскрывает Алексей Брониславович Сосинский, математик, профессор Независимого московского университета, офицер Ордена академических пальм Французской Республики, лауреат премии Правительства РФ в области образования 2012 года. В частности, были даны несколько разных ее формулировок, описаны три подхода к ее доказательству (Колмогорова, Чейтина и самого Гёделя), и объяснено ее значение для математики, физики, компьютерной науки и философии.
Десять великих идей науки. Как устроен наш мир

Питер Эткинз

Эта книга предназначена для широкого круга читателей, желающих узнать больше об окружающем нас мире и о самих себе. Автор, известный ученый и популяризатор науки, с необычайной ясностью и глубиной объясняет устройство Вселенной, тайны квантового мира и генетики, эволюцию жизни и показывает важность математики для познания всей природы и человеческого разума в частности.
Теорема Гёделя о неполноте

В Евклидовой геометрии любое утверждение либо ложно, либо истинно, и третьего не дано. И в начале ХХ века математики наивно полагали, что такая же ситуация должна наблюдаться в любой логически непротиворечивой системе. И тут в 1931 году какой-то венский очкарик — математик Курт Гёдель — взял и опубликовал короткую статью, попросту опрокинувшую весь мир так называемой «математической логики». Гёдель попросту доказал следующее удивительное свойство любой системы аксиом: всякая система математических аксиом начиная с определенного уровня сложности либо внутренне противоречива, либо неполна.
Начальные понятия дескриптивной теории алгоритмов

Владимир Успенский

В отличие от метрической теории алгоритмов, дескриптивная теория не занимается измерением ресурсов (таких как время, объём памяти), затрачиваемых при применении алгоритма к его возможным исходным данным (в другой терминологии — к его входам). Её интересует лишь, возможен алгоритм для решения данной задачи или нет. Начальные понятия дескриптивной теории алгоритмов суть: конструктивный обьект, алгоритм, число шагов алгоритма, вычислимая функция, перечислимое множество, разрешимое множество, сводимость нумераций, главная вычислимая нумерация, вычислимая операция.
Невычислимость, неразрешимость, недоказуемость (Тюринг → Колмогоров → Чейтин → Гёдель)

Алексей Сосинский

Курс занятий посвящен тому, что в математике сделать нельзя. Но речь пойдет не о запрещенных действиях (типа деления на ноль или квадратуры круга), а об отсутствии общих методов для решения некоторых широких классов задач. Начиная от определения вычислимой функции (через машину Тюринга), мы узнаем про существование универсальной вычислимой функции, и как следствие – о существовании не вычислимых функций. Отсюда мы поймем, какие задачи никакой компьютер (даже сколь угодно мощный) решить не может в принципе. Затем мы определим «Колмогоровскую сложность» и изучим ряд ее «нехороших» свойств, именно, не вычислимость некоторых связанных с ней характеристик. Эти свойства сыграют решающую роль в доказательстве теоремы Гёделя о неполноте – одного из самых значительных научных открытий ХХ-го века.
Выразительные возможности языков математической логики

Владимир Успенский

Если в качестве значений переменных разрешается брать только элементы носителя, язык называют элементарным языком, или языком первого порядка. Если же в качестве значений переменных разрешается брать также функции и отношения, язык называют языком второго порядка. Выразительные возможности языков первого порядка довольно ограничены. Например, на языке первого порядка можно сообщить, что носитель содержит ровно 17 элементов, но невозможно выразить его конечность. На языке второго порядка выразить конечность носителя возможно. Возникает совершенно естественное недоумение: а зачем тогда пользоваться языками первого порядка с их бедными выразительными средствами, не лучше ли пользоваться языками второго порядка?
Доказуемость и модальная логика

Лев Беклемишев

Классическая логика высказываний исходит из предположения о том, что любые высказывания либо истинны, либо ложны. Логика доказуемости отражает более глубокую картину мира, осознанную после теорем Гёделя о неполноте: истинность высказывания, вообще говоря, не равносильна его доказуемости. Можно ли — и если да, то как — говорить на уровне логики о доказуемости или недоказуемости высказываний, наряду с их истинностью или ложностью? Программа: Логика высказываний и её модели. Модальная логика, модели Крипке. Логика Гёделя-Лёба GL. Теорема о полноте логики GL по Крипке на конечных деревьях. Формальная арифметика Пеано. Гёделева нумерация. Теорема о неподвижной точке. Формулы доказуемости и непротиворечивости. Теоремы Гёделя, Россера и Лёба. Доказуемость как модальность: арифметическая интерпретация логики GL. Замкнутые модальные формулы, последовательность Тьюринга, локальная рефлексия. Существование и единственность модально определимых неподвижных точек (теорема де Йонга).
Доказуемо рекурсивные функции

Лев Беклемишев

Вычислимая функция f:N→N называется доказуемо рекурсивной в данной формальной теории T, если существует алгоритм её вычисления такой, что в T можно доказать утверждение «для любого x существует y такой, что f(x)=y». В математической логике такие функции изучаются по двум причинам. Во-первых, для данной программы нас часто интересует доказательство её корректности, в частности вопрос о том, завершает ли она работу при любых исходных данных. С другой стороны, варьируя функцию f мы можем ставить для теории T сколь угодно сложные (вплоть до невыполнимости) задачи на доказательство. Тем самым, доказуемо рекурсивные функции могут быть использованы для изучения различных формальных теорий. Такой подход приводит к наиболее впечатляющим на сегодняшний день примерам недоказуемых комбинаторных утверждений. Мы начнем с понятия машины Тьюринга и вычислимой функции. Разберемся, как формальная арифметика может говорить о вычислениях. Поймем, что для любых разумных систем аксиом T их запас доказуемо рекурсивных функций никак не может исчерпывать все вычислимые всюду определенные функции. Отсюда выведем первую теорему Гёделя о неполноте.
Качественная теория алгоритмов

Алексей Семёнов

«Качественная» теория алгоритмов (не касающаяся понятия сложности вычислений) может быть построена на интуитивном представлении о том, что такое алгоритм. Такого представления, при некотором его уточнении, оказывается достаточно для того, чтобы доказать первые базовые теоремы теории алгоритмов. В лекции будет приведено указанное уточнение, определено понятие вычислимости и понятие породимости («выводимости в формальной системе»), доказано несколько теорем, другие теоремы — предложены в качестве задач. Будут приведены и примеры т.н. «уточнения понятия алгоритма». Для понимания лекции желательно умение читать по-русски, знание латинского алфавита и представление о натуральном ряде.

Далее >>>

∀ x, y, z

Теорема Гёделя — синтаксическая версия

Владимир Успенский

Теги

Похожее