Кіріспе
Арифметика аксиомаларының дәйектілігі. Математикада Хилберттің екінші мәселесі 1900 жылы Дэвид Хилберт өзінің 23 мәселесінің бірі ретінде қойды. Ол арифметиканың дәйекті екендігін – кез келген ішкі қайшылықтардан бос екендігін дәлелдеуді сұрайды. Хилберт арифметика үшін қарастырған аксиомалар екінші реттік толықтық аксиомасын қамтитын еңбекте берілгендер екенін айтты. 1930 жылдары Курт Гёдель мен Герхард Гентцен мәселеге жаңаша жарық түсіретін нәтижелерді дәлелдеді. Кейбіреулер Гёдель теоремалары мәселенің теріс шешімін береді деп санайды, ал басқалары Гентценнің дәлелін ішінара оң шешім деп есептейді.
In mathematics, Hilbert's second problem was posed by David Hilbert in 1900 as one of his 23 problems. It asks for a proof that arithmetic is consistent – free of any internal contradictions. Hilbert stated that the axioms he considered for arithmetic were the ones given in , which include a second order completeness axiom. In the 1930s, Kurt Gödel and Gerhard Gentzen proved results that cast new light on the problem. Some feel that Gödel's theorems give a negative solution to the problem, while others consider Gentzen's proof as a partial positive solution.
Гёдельдің толық емес теоремасы
Гёделдің екінші толық емес теоремасы Пеано арифметикасының дұрыс екендігіне дәлел келтірудің Пеано арифметикасының өзінде жүзеге асырылуы мүмкін емес екенін көрсетеді. Бұл теорема егер қабылданатын жалғыз дәлелдеу процедуралары арифметикада формальдануға болатын болса, онда Гилберттің тұрақтылықты дәлелдеу туралы талабына жауап беру мүмкін емес екенін көрсетеді. Алайда, түсіндіргендей, арифметикада формальдастырылмаған дәлелге әлі де орын бар: "Гёделдің талдауының бұл маңызды нәтижесін дұрыс түсінбеу керек: ол арифметиканың тұрақтылығының метаматематикалық дәлелін жоққа шығармайды. Ол арифметиканың формальды дедукцияларымен көшіріле алатын тұрақтылықтың дәлелін жоққа шығарады. Арифметиканың тұрақтылығының метаматематикалық дәлелдемелері, шындығында, Гилберт мектебінің мүшесі Герхард Гентцен 1936 жылы және содан бері басқалармен жасалды. Бірақ бұл метаматематикалық дәлелдемелер арифметикалық есептеуде бейнелене алмайды; және олар финитистикалық болмағандықтан, Гилберттің бастапқы бағдарламасының жарияланған мақсаттарына жете алмайды. Арифметиканың тұрақтылығының абсолютті дәлелін құру мүмкіндігі Гёделдің нәтижелерімен жоққа шығарылмайды. Гёдел арифметикада көрсетілуі мүмкін емес дәлелдің жоқ екенін көрсетті. Оның аргументі арифметикада бейнеленбес қатаң финитистикалық дәлелдеу мүмкіндігін жоққа шығармайды. Бірақ бүгінде ешкім арифметикада құрастырылмаған финитистикалық дәлелдің қандай болатынын нақты білмейтін сияқты."
"This imposing result of Godel's analysis should not be misunderstood: it does not exclude a meta mathematical proof of the consistency of arithmetic. What it excludes is a proof of consistency that can be mirrored by the formal deductions of arithmetic. Meta mathematical proofs of the consistency of arithmetic have, in fact, been constructed, notably by Gerhard Gentzen, a member of the Hilbert school, in 1936, and by others since then. But these meta mathematical proofs cannot be represented within the arithmetical calculus; and, since they are not finitistic, they do not achieve the proclaimed objectives of Hilbert's original program. The possibility of constructing a finitistic absolute proof of consistency for arithmetic is not excluded by Gödel’s results. Gödel showed that no such proof is possible that can be represented within arithmetic. His argument does not eliminate the possibility of strictly finitistic proofs that cannot be represented within arithmetic. But no one today appears to have a clear idea of what a finitistic proof would be like that is not capable of formulation within arithmetic."
Гентценнің тұрақтылығын дәлелдеу
1936 жылы Гентцен Пеано арифметикасының дұрыс екендігін дәлелдеді. Гентценнің нәтижесі жиын теориясынан әлдеқайда әлсіз жүйеде дұрыстық дәлелдеуге болатынын көрсетеді. Гентценнің дәлелі Пеано арифметикасындағы әрбір дәлелге, дәлелдің құрылымына сәйкес келетін реттік санды тағайындау арқылы жүзеге асырылады, мұндағы барлық реттік сандар ε0-дан кіші болады. Одан кейін ол осы реттік сандар бойынша трансфиниттік индукция арқылы ешқандай дәлел қайшылыққа алып келмейтінін дәлелдейді. Бұл дәлелде қолданылатын әдіс Пеано арифметикасы үшін кесуді жою нәтижесін бірінші реттік логикадан күшті логикада дәлелдеу үшін де қолданылуы мүмкін, бірақ дұрыстық дәлелінің өзі алғашқы рекурсивтік арифметиканың аксиомалары мен трансфиниттік индукция принципін қолдана отырып, қарапайым бірінші реттік логикада жүргізілуі мүмкін. Гентцен әдісіне теориялық ойын түсіндірмесі берілген. Гентценнің дұрыстық дәлелі дәлелдер теориясындағы реттік талдау бағдарламасын бастады. Бұл бағдарламада арифметиканың немесе жиын теориясының формальді теорияларына теориялардың дұрыстық күшін өлшейтін реттік сандар тағайындалады. Теория жоғары дәлелдік реттік санды қолданатын басқа теорияның дұрыстығын дәлелдей алмайды.
Проблеманың жай-күйіне қазіргі көзқарастар
Гёдель мен Гентзен теоремалары қазір математикалық логика қауымдастығы тарапынан жақсы түсінік алғанмен, бұл теоремалар Гилберттің екінші мәселесіне жауап бере ме (немесе қандай жолмен) дегенге қатысты бірлікке келуге әлі мүмкіндік болмады. Гёдельдің толық еместік теоремасы күшті теориялар үшін шекті тұрақтылық дәлелдерін жасау мүмкін емес екенін көрсетеді. Гёдельдің нәтижелері финитистік синтаксистік тұрақтылық дәлеліне қол жеткізуге болмайтынын көрсетсе де, семантикалық (әсіресе екінші реттік) аргументтерді сенімді тұрақтылық дәлелін беру үшін пайдалануға болады. Гёдель теоремасы тұрақтылық дәлеліне кедергі келтірмейді, себебі оның гипотезалары тұрақтылық дәлелін жүзеге асыруға болатын барлық жүйелерге қатысты болмауы мүмкін. Гёдель теоремасы ынандыратын дәйектілік дәлелінің мүмкіндігін жояды деген пікірді "бұрыс" деп бағалайды, Гентцен берген тұрақтылық дәлеліне және 1958 жылы Гёдель берген одан кейінгі дәлелге сілтеме жасайды.