Кіріспе

Арифметикада арифметикалық шындықты анықтау мүмкін емес деген теорема. Альфред Тарскинің 1933 жылы тұжырымдап, дәлелдеген анықтамау теоремасы математикалық логика, математиканың негіздері және формальды семантика салаларындағы маңызды шектеулі нәтиже болып табылады. Теореманың мәнісі мынадай: "арифметикалық шындықты арифметиканың өзінде анықтауға болмайды". Бұл теорема кез келген жеткілікті күшті формальды жүйеге де қатысты, жүйенің стандартты моделіндегі шындықты жүйенің ішінде анықтауға болмайтынын көрсетеді.

Тарих

1931 жылы Курт Гёдель толық емес теоремаларын жариялады, оны ол бірінші реттік арифметикада формальды логиканың синтаксисін қалай бейнелеуге болатынын көрсету арқылы дәлелдеді. Арифметиканың формальды тіліндегі әрбір өрнекке ерекше сан тағайындалады. Бұл процедура әртүрлі атаулармен – Гёдель нөмірлеуі, кодтау және жалпы алғанда арифметикалау деп аталады. Әсіресе, әртүрлі өрнектер жиынтығы сандар жиынтығы ретінде кодталады. Әртүрлі синтаксистік қасиеттері үшін (мысалы, формула болу, сөйлем болу және т.б.) бұл жиынтықтарды есептеуге болады. Сонымен қатар, кез келген есептелетін сандар жиынтығын белгілі бір арифметикалық формуламен анықтауға болады. Мысалы, арифметика тілінде арифметикалық сөйлемдерге және дәлелденетін арифметикалық сөйлемдерге арналған кодтар жиынтығын анықтайтын формулалар бар. Анықталмау теоремасы шындық сияқты семантикалық ұғымдар үшін осы кодтауды жасау мүмкін емес екенін көрсетеді. Бұл жеткілікті бай түсіндірілген тіл өзінің семантикасын білдіре алмайтынын көрсетеді. Сонымен қатар, кез келген металл тілдің белгілі бір объект тілінің семантикасын білдіруге қабілетті болуы (мысалы, Пьяно арифметикасы тіліндегі формулалар арифметиканың стандартты моделінде дұрыс па, жоқ па деген сұраққа жауап беру үшін Зермело-Френкель жиынтық теориясында предикат анықталады) объект тілінен асып түсетін экспрессивтік күшке ие болуы керек. Металл тілге объект тілінде жоқ бастапқы ұғымдар, аксиомалар және ережелер кіреді, сондықтан объект тілінде дәлелдеуге болмайтын теоремалар металл тілде дәлелденеді. Анықталмау теоремасы әдетте Альфред Тарскиге жатқызылады. Гёдель 1930 жылы анықталмау теоремасын да ашты, 1931 жылы жарияланған өзінің толық емес теоремаларын дәлелдеу кезінде, ал Тарскидің 1933 жылғы еңбегі жарияланбастан бұрын (Муравски 1998). Гёдель өзінің тәуелсіз жаңалығын жарияламаса да, ол оны 1931 жылы Джон фон Нейманға жолдаған хатында сипаттады. Тарски 1929-1931 жылдар аралығында өзінің 1933 жылғы «Дедуктивті ғылымдар тілдеріндегі шындық ұғымы» монографиясының нәтижелерінің көп бөлігін алды және олар туралы поляк аудиториясына баяндады. Алайда, ол мақалада атап өткендей, анықталмау теоремасы – ол бұрын ала алмаған жалғыз нәтиже. 1933 жылғы монографияның анықталмау теоремасының (Twierdzenie I) түсіндірмесіне сәйкес, теорема мен дәлелдеудің сызбасы монографияға тек 1931 жылы қолжазба баспаға жіберілгеннен кейін қосылды. Тарски сол жерде өзінің монографиясының мазмұнын 1931 жылдың 21 наурызында Варшава ғылым академиясына ұсынғанда, ол бұл жерде тек болжамдарды білдірді, олар ішінара өзінің зерттеулеріне, ішінара Гёдельдің толық емес теоремалары туралы қысқаша баяндамасына негізделген – "italic=no" [Шешімнің нақтылығы мен дәйектілігі туралы кейбір метаматематикалық нәтижелер], Австрия ғылым академиясы, Вена, 1930.

Жалпы пішін

Тарски жоғарыда айтылған теоремадан гөрі күшті теореманы толыққанды синтаксистік әдіс қолданып дәлелдеді. Нәтижесінде алынған теорема, жоққа шығару операциясымен және диагональдық лемма орындалатындай өзін-өзі анықтауға жеткілікті мүмкіндігі бар кез келген формальды тілге қолданылады. Бірінші реттік арифметика осы шарттарды қанағаттандырады, бірақ теорема ZFC сияқты әлдеқайда жалпы формальды жүйелерге де қолданылады. Тарскидің анықталмау теоремасы (жалпы түрі): Жоққа шығару операциясын қамтитын және диагональдық лемманы қанағаттандыратын Гёдель нөмірлеуіне ие кез келген интерпретацияланған формальды тіл үшін, яғни әрбір формула (бір бос айнымалысымен) үшін, мынадай қасиеті бар формула жоқ: кез келген сөйлем үшін тура. Тарскидің анықталмау теоремасы осы түрінде де қайтадан reductio ad absurdum арқылы дәлелденеді. Жоғарыда сипатталғандай формула бар деп есептейік, яғни егер арифметиканың сөйлем болса, онда тура егер және тек қана егер тура болса. Демек, барлық үшін формуласы тура. Бірақ диагональдық лемма осы теңдікке қарсы мысал келтіреді, «өтірікші» формуласын ұсына отырып, онда тура. Бұл қайшылыққа әкеледі. QED.

Талқылау

Жоғарыда келтірілген дәлелдеудің формальды құрылымы, диагональдық лемма талап ететін диагонализациядан басқа, толығымен қарапайым. Диагональдық лемманың дәлелі де күтпегендей оңай; мысалы, ол ешқандай жолмен рекурсивті функцияларды қолданбауды қамтиды. Дәлелдеуде әрбір формуланың Гёдель нөмірі бар деп ескеріледі, бірақ кодтау әдісінің нақты ерекшеліктері қажет емес. Сондықтан, Тарски теоремасын Гёдельдің бірінші реттік арифметиканың метаматематикалық қасиеттері туралы әйгілі теоремаларына қарағанда түсіндіру және дәлелдеу әлдеқайда оңай. Смуллиан (1991, 2001) Тарскидің анықталмау теоремасы Гёдельдің толық еместік теоремаларына қаратылған назарға лайық екенін күшпен дәлелдеді. Соңғы теоремалардың математиканың барлық салалары туралы, және одан да көп, философиялық мәселелер (мысалы, Лукас 1961) туралы айтатыны осыншалықты анық емес. Ал Тарски теоремасы тікелей математика туралы емес, керісінше, нақты қызығушылық тудыратын кез келген формальды тілдің өзіндік шектеулері туралы. Мұндай тілдерде диагональдық лемманың қолданылуы үшін өзіне сілтеме жасау мүмкіндігі болуы керек. Тарски теоремасының кең философиялық маңызы айқын. Түсіндірілген тіл семантикалық тұрғыдан өзін-өзі толыққанды бейнелей алады, егер тілде осы тілге тән барлық семантикалық ұғымдарды анықтайтын предикаттар мен функциялық символдар болса. Сондықтан, қажетті функцияларға формуланың шындық мәніне сәйкес келетін «семантикалық бағалау функциясы» және терминнің білдіретін нысанына сәйкес келетін «семантикалық анықтама функциясы» кіреді. Тарски теоремасы келесідей жалпыланады: жеткілікті күшті ешбір тіл өзін-өзі толыққанды семантикалық бейнелеуге қабілетті емес. Анықталмау теоремасы бір теориядағы шындықты күшті теорияда анықтауға кедергі келтірмейді. Мысалы, бірінші реттік Пеано арифметикасының формулаларының (кодтарының) жиыны екінші реттік арифметикадағы формуламен анықталады. Сол сияқты, екінші реттік арифметиканың (немесе кез келген үшін) стандартты моделінің шын формулаларының жиыны бірінші реттік ZFC формуласымен анықталуы мүмкін.

Негізгі дереккөздер

Тарскидің 1936 жылғы мақаласының ағылшын тіліндегі аудармасы.