Home
Вне времени - Теорема Геделя, вера и универсум [entries|archive|friends|userinfo]

[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Links
[Links:| Music Science Religion Photo Movies Vampires Politics Girls ]

Теорема Геделя, вера и универсум [Июн. 1, 2006|10:17 pm]
Previous Entry в избранное рассказать другу Next Entry
[Tags|]



Когда я был материалистом, то я прекрасно видел, назовем их так, восходящие связи в физическом мире : из атомов собираются молекулы, из молекул сложные системы, из клеток – организмы. Соответственно, если молекула собирается из атомов, то ее свойства определяются свойствами составляющих (хотя могут и не сводиться к ним)

Однако помимо восходящих связей, есть и нисходящие. Клетка не имеет смысла без организма, она даже не проживет долго. Процессор представляется бессмысленным нагромождением атомов, если не знать, зачем он сделан. Вопросы же зачем физические константы подогнаны так точно, чтобы могла родиться жизнь – вообще не считается физическим вопросом для материалистов.

К счастью, в математике о подобного рода вещах можно говорить более строго. Собственно, математика мне представлялась стройным зданием, построенный по исключительно восходящему принципу: из аксим мы выводим все более и более строгие утверждения. Так мне оно казалось ровно до того момента, как я не начал изучать (для себя) математическую логику. Так вот, что касается строгости, как говорил Ливанов-Холмс: "Абсолютная чепуха"

Теоремы Геделя являются, наверное, самыми интересными теоремами, доказанными в математике когда либо. Вряд ли кого то может удивить, что такие то объекты обладают такими то свойствами. А вот эти теоремы говорят о принципах познания вообще. На самом деле они являются не теоремами, а мета-теоремами (*), то есть отчасти продуктом взмахивания руками, который в принципе нельзя полность формализовать

Первая теорема говорит о том, что в формальной арифметике найдется утверждение истинное, и недоказуемое. Его можно только принять как новую аксиому и включить в расширенную аксиоматическую систему. Однако для такой системы снова найдется высказывание истинное и недоказуемое. Собственно, любые (**) аксиоматические системы, достаточно сложные, чтобы выразить в них арифметику, обладают этим свойством. Последняя фраза не есть теорема Геделя, а следствие из нее. Я бы назвал это мета-мета-теоремой.

Но я хочу обратиться ко второй Теореме, которая говорит, что непротиворечивость любой аксиоматической системы (**) может быть доказана только вне ее, то есть с привлечением внешних средств. Так оно и происходит, непротиворечивость формальной арифметики была доказана в теории множеств. Итак, что мы имеем в результате?

1. К простейшие теориям как, например, Булева алгебра, или, например, геометрия, Теоремы Геделя не относятся. Онако их непротиворечивость доказывается с помощью рассуждений на естественном языке, неявно включающем понятие 'Выводимость' - то есть 'Существует...' - то есть элементы более мощной теории: арифметики и наивной теории множеств. То есть смотри пункт два.
2. Непротиворечивость формальной арифметики доказывается в рамках теории множеств, то есть смотри пункт 3
3. С теорией множеств все плохо. 'Наивная' теория множеств противоречива, не всякое собрание объектов есть множество. Например, 'множество' всех множеств не есть множество. Этот баг быстро починили (но шок от его осознания сильно подтолкнул развитие мат. логики), в итоге получили много теорий. Помимо нескольких похожих аксиоматик есть принципиальные различия, например принятие или не принятие знаменитой AC - аксиомы выбора, а уж невыводимых высказываний в теории множеств пруд пруди. (***).

А вот с доказательством непротиворечивости совсем плохо. Более того, некоторые варианты теории приводят к противоречию (например UCF - усиление AC, существование универсальной выбирающей функции). Так что ходим по лезвию ножа. Очевидно, для доказательства непротиворечивости теории множеств надо выдумать чтото более сложное, но... такое не выдумывается. Так что четвертого пункта нет.

Налицо типичные восходящие к универсуму связи: каждая сущность требует для корректности своего существования более сложной, и эта цепочка не может, в силу теоремы Геделя, оборваться. Есть о чем задуматься. А все математические рассуждения построены на вере, что некоторые базовые механизмы наших рассуждений работают корректно и непротиворечиво. Ну, один раз, с наивной теорией множеств, выяснилось, это это совсем не так, но продолжаем верить. 

(*) Более строго, иногда различают Теорему Геделя, некое арифметическое утверждение, доказывающееся формально, и Goedel sentence, мета-утверждение. В данном случае ТГ является теоремой, а не мета-теоремой, однако, не выходя в мета-слой, мы не можем понять, что это арифметическое выражение чтото означает важное. Эквивалентность первого и второго доказывается по построению Геделизации, а это есть не что иное, как взмахивание руками, так как сама суть геделизации, то есть замены формул на числа,  не может быть выражена в аксиоматике Пеано. Иначе как показать эквивалентность |- X и Pf(#X) ?

(**) Непротиворечивые, конечно, и с алгоритмически разрешимым множеством аксиом и правил вывода

(***) Обобщенная гипотеза континуума, или существование несчетных недостижимых мощностей

ссылкаОтветить

Comments:
From: [info]mars_fr
2006-06-01 10:07 pm none (UTC)

(Link)

3,14здец! (это я тебе как математик математику говорю)
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-19 08:07 am none (UTC)

(Link)

Для начала, я посоветую вам книжку, которую сам недавно прочитал с большим удовольствием: Gödel’s Theorem.
An Incomplete Guide to Its Use and Abuse, by Torkel Franzén.

Теорема Гёделя - это все-таки обычная математическая теорема, утверждающая нечто о чисто комбинаторном объекте - выводах в формальных системах.

Непротиворечивость теории булевых алгебр доказывается предявлением модели. Для этого требуется ничтожный фрагмент теории множеств, никак не затрагиваемый никакими парадоксами.

Для того, чтобы убедиться в непротиворечивости арифметики, теория множеств, конечно, не нужна. Что ясно хотя бы из того, что в этой непротиворечивости никто никогда не сомневался. Я подозреваю, что даже Брауэр в этом не сомневался.

С теорией множеств плохо не то, что она якобы является плохой основой для математики, потенциально противоречивой - конечно, это не так. См. например, статью К. Сморинского в Справочной книге по математической логике. Плохо то, что в качестве ее стандартной аксиоматики принята аксиоматика первого порядка, с заведомо слабыми выразительными средствами.

Непротиворечива не только теория множеств ZFC, но и ZFC вместе с хотя бы первыми высшими аксиомами бесконечности (это соображение принадлежит Гёделю).

А что касается ваши первых двух абзацев, то я согласен. Все, конечно, обстоит ровно наоборот - математика это не набор выводов из аксиом. Аскиомы появляются потом и подгоняются под имеющиеся выводы. А редукционизм в материальном мире - иллюзия, время которой, как мне кажется, проходит.
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-19 09:36 am none (UTC)

(Link)

>Для начала, я посоветую вам книжку, которую сам недавно прочитал с
>большим удовольствием: Gödel’s Theorem.
>In Incomplete Guide to Its Use and Abuse, by Torkel Franzén.

Спасибо

>Теорема Гёделя - это все-таки обычная математическая теорема,
>утверждающая нечто о чисто комбинаторном объекте - выводах в формальных
>системах.

Я готов посморить. Как Вы ее докажете исключительно математически, не прибегая и интуитивному второму смыслу формул, и диагональному методу в конце 'это утверждение говорит: Я недоказуемо...' итд ?

>Для этого требуется ничтожный фрагмент теории множеств, никак не
>затрагиваемый никакими парадоксами.

Неважно, какого размера. Важно, что есть. Значит, уже есть выход из формализма на уровень 'наивной теории'

>Что ясно хотя бы из того, что в этой непротиворечивости никто никогда не
>сомневался. Я подозреваю, что даже Брауэр в этом не сомневался.

Хе, я тоже в этом не сомневаюсь. Но на доказательство это все таки не тянет :)

>Непротиворечива не только теория множеств ZFC, но и ZFC вместе с хотя бы
>первыми высшими аксиомами бесконечности (это соображение принадлежит
>Гёделю).

Упс... Непротиворечиваость ZFC доказана ??????????
В соответствии со второй теоремой Геделя она должна быть доказана в чем то, что принципиально мощнее, чем теория множеств. Это что ?

>Все, конечно, обстоит ровно наоборот - математика это не набор выводов из
>аксиом. Аскиомы появляются потом и подгоняются под имеющиеся выводы. А
>редукционизм в материальном мире - иллюзия, время которой, как мне
>кажется, проходит.

Хорошо написано
Да, пожалуй это так
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-19 09:26 pm none (UTC)

(Link)

Во-первых, понятно, что здесь нет места излагать доказательство теоремы Гёделя. На самом деле, достаточно заметить, что доказательство первой теоремы Гёделя не только "математическое", но формализуемо в арифметике Пеано, которая является очень маленьким фрагментом математики. Эта формализация - часть доказательства второй теоремы Гёделя. С второй теоремой Гёделя дело обстоит аналогично.

Типичное изложение не содержит полного доказательства, откуда и возникает иллюзия махания руками у Гёделя, хотя размахивает руками автор.

Средствами теории булевых алгебр вы не может не только доказать непротиворечивость теории булевых алгебр, но даже и сформулировать ее. Поэтом выход из теории булевых алгебр неизбежен. В арифметике вы уже можете доказать непротиворечивость теории булевых алгебр и даже более сильных теорий.

На доказательство это не тянет? Но ведь нельзя доказать все. Какие-то утверждения нужно принять как очевидные. Непротиворечивость арифметики очевидна.

Непротиворечивость ZFC не доказана (в ZFC), а очевидна. Посмотрите Сморинского, он очень выразительно об этом пишет. (Книга отсканирована и есть в сети.) Гёдель же полагает, что раз уж мы признаем систему ZFC, то мы должны принять и, например, существование первого недостижимого кардинала. И второго.
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-20 07:20 pm none (UTC)

(Link)

Thank you
I will reply on Monday (I am on a beach now, writing from an internet cafe)
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-24 09:54 pm none (UTC)

(Link)

Вернувшись из рая (Cote d'Azur)

1
На самом деле, достаточно заметить, что доказательство первой теоремы Гёделя не только "математическое", но формализуемо в арифметике Пеано,

Я верю что это так. Однако, я не видел такого доказательства ни разу. Потому что такое доказательство должно полностью обходиться без мета-языка и геделизации. Учитывая длину полностю раскрытых формул, такое доказательство займет тысячи, если не десятки тысяч страниц

Причем для каждого варианта теории (с AND,NOT Или OR,Not, или NOT,=>, или XOR) и каждого варианта геделизации получатся РАЗНЫЕ теоремы изза разного кодирования. И, главное, то что некое утверждение с тесячью кванторов на сто страниц чтото означает еще - будет совсем не очевидно

2. Типичное изложение не содержит полного доказательства

Возможно, я и не прав, но тогда хотелось бы какие нибудь ссылочки

3. Но ведь нельзя доказать все. Какие-то утверждения нужно принять как очевидные. Непротиворечивость арифметики очевидна.

Непротиворечивость наивной теории множеств тоже была очевидна. Я хочу уточнить свою позицию. Я согласен с Вами что выход за пределы формализма неизбежен. Но он должен быть четко осознаваем. Доказательсво - это дерево выовда с номерами правил вывода и номерами аксиом в листьях. Кодируется одним числом. Хоть один шаг вне этого - и теорема превращается в мета-теорему. Это не так страшно, но следует осознаватиь, что мета теореме не соответствует число, так как ее не геделизировать.

3
Непротиворечивость ZFC не доказана (в ZFC), а очевидна. Посмотрите Сморинского, он очень выразительно об этом пишет.

Выразительна ??? Очевидна ??? А я например читал что по моему ZFC + Universal Choice Function уже противоречива. То есть теория балансирует на уровне чуть посильнее (UCF сильнее AC), и кирдык. Вообще, как можно говорить об очевидности в ZFC, вспоминая AC, которая имеет контрочевидные следствия ?
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-24 10:32 pm none (UTC)

(Link)

Для беседы нам с вами надо согласовать терминологию, иначе ничего не получится.

Доказательством я называю то, что доказательством называет любой работающий математик. Грубо говоря, это убедительное рассуждение на естественном языке с привлечением специальных терминов. Метод убедить своего коллегу-математика в том, что твои утверждения верны.

Доказательство в формальной системе я называю формальным доказательством. Если понятию доказательства тысячи лет, то понятие формального доказательства - недавная идея. Я расматриваю это понятие как математическую модель понятия (содержательного) доказательства. Как и любая модель, она передает одни существенные черты явления и не предедают другие.

Вы же, видимо, называете содержательное доказательство мета-доказательством, а полученные с их помощью результаты - мета-теоремами. Я нахожу такую терминологию неудобной, поскольку в мета-теоремы попадут практически все сколько-нибудь сложные результаты. Если полностью раскрыть формулы в каком-нибудь доказательстве из теории чисел, например, то их длина на много превзойдет длины формул из доказательства Гёделя.

Кстати да, теоремы зависят от кодирования, этот вопрос исследовался, в частности, в упоминавшихся мной работах Фефермана (там это важно).

Ссылочки? Сам Гёдель, например. Переведы на английский язык легко доступны. Пожалуй, Richard Kaye, Models of Peano arithmetic. На мой вкус, тяжеловесная книжка, зато аккуратная.

Вопрос о непротиворечивости наивной теории множеств не ставился. Да он и не имеет точного смысла. Можно говорить о непротиворечивости формальной системы. А "наивное" канторовское определение множества аппелирует к неформальным идеям. "Парадоксы" лишь показывают, что некоторые языковые конструкции не достаточно точны, чтобы с их помощью образовывать множества.

Я не понял, вы прочитали Сморинского, или нет? Во всяком случае вы не возражаете на его текст, а повторяете ваш пример с универсальной выбирающей функцией. Универсальная выбирающая функция слишком близко подходит к "множеству всех множеств" и универсальной "аскиоме выделения". Я бы не сказал, что это "чуть посильнее". Это принципиально сильнее, причем именно в том направлении, которое, как уже сто лет понятно, ведет к противоречиям.

ZFC - очень слабая теория.
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-25 07:40 am none (UTC)

(Link)

Я принимаю Ваши определения доказательства и формального доказательства. Тем не менее, я хотел убедиться в том что

1. Теорема Геделя в общепринятом виде есть метатеорема
2. У нее есть эквивалентная (кодированная) формула в аксиоматике Пеано
3. Доказательство этого утверждения есть формальное доказательство
4. Этого никто еще не делал в виду большой длины доказательства

>Я не понял, вы прочитали Сморинского, или нет?
Я хочу заказать все на Амазоне но пока в связи с отпуском не собрался... Но обязательно закажу
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-25 07:55 am none (UTC)

(Link)

1. В моем смысле теорема Гёделя - это обычная математическая теорема.

2. Да.

3. Можно доказать математически, что у этого утверждения есть формальное доказательство. На самом деле это с самого начала считалось настолько очевидным, что Гёдель не стал публиковать вторую часть своей работы, в которой только это и требовало обоснования.

4. Практически ни для одной интересной матемтической теоремы никто не выписывал формального доказательства. Теоремы Гёделя не являются каким-либо исключением.

Хотите, я вам пришлю дежавю файл со статьей Сморинского в русском переводе?
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-25 08:13 am none (UTC)

(Link)

>Хотите, я вам пришлю дежавю файл со статьей Сморинского в русском переводе?

Да, заранее спасибо !!!
Мое мыло: dots67 собака goodoldscripts.com
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-25 08:29 am none (UTC)

(Link)

Вроде послалось. Почти 5 Мб. Подвердите, пожалуйста, что дошло.
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-24 10:38 pm none (UTC)

(Link)

Кстати, вы не могли бы дать ссылку или объясняние насчет UCF? Я, видимо, чего-то тут не понимаю.
[User Picture]From: [info]dmitry67
2006-07-25 07:42 am none (UTC)

(Link)

Я видел об этом упоминание вскользь в старой книжке Мендельсона (по русски), которую прочел году наверное в 89-90.

P.S. Я Видел, Вы тоже из тридцатки
Какой выпуск ? Я учился в одном классе с mancunian....
[User Picture]From: [info]sowa
2006-07-25 08:01 am none (UTC)

(Link)

Посмотрел. У Мендельсона написано, что, очевидно, UFC влечет AC, но неизвестно, вытекает ли UFC из AC. В теории множеств Морса-Келли за аксиому принят вариант UFC. Так что мы тут с вами пообсуждали несуществующую проблему, судя по всему. :)

Нет-нет, моя персональная информация - это ЖЖ-секрет. Извините.