Философская энциклопедия - моделей теория

МОДЕЛЕЙ ТЕОРИЯ — раздел математической логики, изучающий модели формальных теорий, соотношения между моделями и теориями и преобразования моделей. Предшественниками теории моделей были Б. Больцано и Э. Шредер, осознавшие понятие выполнимости формулы на интерпретации. В настоящий момент теория моделей делится на следующие разделы: Классическая теория моделей (КМТ), изучающая теоретикомножественные модели классических теорий.

Алгебраическая теория моделей (ATM), изучающая прежде всего модели неклассических логик, базирующиеся на обобщенной семантике истинностных значений.

Теория моделей Крипке (СВМ), изучающая модели неклассических логик, базирующиеся на возможных миров семантике.

Интерпретации реализуемости (ИР), моделирующие логики и теории как исчисления задач.

КМТ берет начало от работ Лёвенгейма (1915) и Скулема (1920), установивших существование моделей любой бесконечной мощности для любой непротиворечивой теории, имеющей бесконечную модель. Этот результат вначале рассматривался как парадоксальный, потому что из него следовало существование счетных моделей несчетных множеств, а мощность множества в те времена содержательно интерпретировали как число элементов, по аналогии с конечными множествами, а не как сложность его задания, как сейчас делается по аналогии с теорией алгоритмов. Фундаментальным результатом КМТ явилась теорема Геделя о полноте классической логики предикатов (первого порядка), из которой следует существование моделей у любых (основанных на этой логике) непротиворечивых теорий. В 70-е гг. выяснилось, что теорема Геделя о полноте эквивалентна аксиоме выбора множеств теории.

Если задана некоторая сигнатура (перечисление констант, функциональных символов и предикатов вместе с числом аргументов у них), то (классической) интерпретацией данной сигнатуры является непустое множество объектов — универсум интерпретации, и функция вычисления значения ζ, сопоставляющая каждой константе — элемент универсума, я-местной функции/— функционал Ü" -> U, “-местному предикату Ρ — функционал V -> {0,1}. В интерпретации естественно определяется понятие значения любого терма и любой формулы теории (точное определение истинности формулы в интерпретации было впервые дано А. Тарским). Интерпретация называется моделью теории, если в ней истинны все аксиомы теории. Еще одной формулировкой теоремы полноты Геделя является совпадение множества теорем с множеством формул, истинных в любой модели теории.

По теореме Мальцева о компактности, теория имеет модель тогда, и только тогда, когда любое конечное число ее аксиом имеет модель. Эта теорема послужила основой для построения нестандартных моделей традиционных математических объектов, таких, как действительные и натуральные числа.

В самом деле, взяв в качестве теории все истинные на стандартной модели формулы и добавив новое число ω и бесконечную совокупность аксиом ω>0,ω>1,ω >η, мы получаем, что любая конечная совокупность новых аксиом удовлетворяется на стандартной модели. Значит, есть и модель, где они все выполнены. Она сохраняет все выразимые на языке логики предикатов свойства стандартной модели, но пополнена новыми элементами.

Позитивно использовал существование нестандартных моделей А. Робинсон (1960). Он показал, что в нестандартной модели анализа можно на строгой основе возродить методы математиков 17—18 вв., использовавших бесконечно малые и бесконечно большие величины. Основополагающим явился здесь результат, что любое конечное нестандартное число однозначно разлагается в сумму стандартного и бесконечно малого. Далее, сохранение всех выразимых свойств используется для установления принципов переноса, которые позволяют отбрасывать бесконечно малые либо доказывать общее утверждение о стандартных числах на основе рассмотрения одной бесконечно малой либо бесконечно большой величины. Но здесь приходится строго разделять формулы стандартного языка и формулы метаязыка, говорящего о нестандартной модели. В частности, утверждения, явно включающие предикат “быть (нестандартным”, уже могут нарушать все свойства стандартной модели. Дальнейшее развитие нестандартного анализа привело к теории полумножеств Г. Хаека и к альтернативной теории множеств С. Вопенки, где конечные нестандартные совокупности могут включать бесконечные подклассы.

Современная КМТ развивается во многих направлениях, большинство из которых в данный момент имеют дело со сложнейшими идеальными математическими понятиями (абстрактными объектами) без выхода на общенаучные либо методологические результаты. Правда, приятным исключением является совокупность теорем, характеризующих теории частного вида через их модели. V-теория — это теория, все аксиомы которой имеют вид VJЈ4(x), где χ — совокупность переменных, и А не содержит кванторов. Теорема Лося. Теория представима как V-теория тогда, и только тогда, когда каждая подсистема ее модели также является ее моделью.

Эта теорема при внешней простоте формулировки требует использования абстрактных и сложных конструкций КМТ. Таковы же и другие теоремы характеризации. В частности, совокупность систем называется многообразием, если она является множеством моделей теории с аксиомами вида