593

моделей теория Синтаксические характеристики операторов d и 0 во всех этих случаях должны быть различными. Напр., для деонтических модальностей не проходит аксиомная схема dAz> A, поскольку нормы могут быть нарушены. Вместо нее должна использоваться аксиомная схема oAz> —id—iA (обязательная норма допустима). Для всех этих и многих других модальных исчислений остро встала проблема их формальной интерпретации: построение адекватной им формальной семантики, в которой: 1) каждая формула исчисления является либо истинной, либо ложной; 2) каждая доказуемая формула истинна (непротиворечивость исчисления); 3) каждая истинная формула доказуема (полнота исчисления); 4) установлена тесная связь с содержательной семантикой. Первый шаг был сделан Р. Карнапом. Используя идеи Лейбница, он строит семантику на основе множества описаний состояния (положений дел, характеризуемыхсредствамиязы- ка, или «возможных миров»). Высказывание «А возможно» семантически характеризуется им как «А истинно хотя бы в одном описании состояния (возможном мире)» и высказывание «А необходимо» как «А истинно во всех описаниях состояния (возможных мирах)». Следующий шаг связан с именем С Крипке. Он отказался от обязательного представления возможного мира в виде описания состояния, зависящего от структуры логического языка. Такое представление сохраняется только в канонических моделях (максимально непротиворечивых множествах), тогда как в общем случае возможный мир — это просто элемент произвольного непустого множества (возможных миров). При этомдопускаетсявозможностьсуществованияизолированных элементов такого множества (элементов, не связанных ни с какими другими элементами множества). Для формального выражения этой идеи Крипке вводит отношение достижимости — некоторое бинарное отношение R, определимое на множестве возможных миров. Пусть а и b — возможные миры. Тогда, если имеет место a R Ь, то эти миры связаны: из мира а можно достичь мира Ь. В противном случае это оказывается невозможным. Формальные семантики для различных исчислений различаются теперь только свойствами отношения R. Так, чтобы получить адекватную семантику для S4, достаточно предположить, что отношение R рефлексивно и транзитивно. Если дополнительно предположить симметричность этого отношения, то получим адекватную семантику для S5. В этом последнем случае каждый возможный мир достижим из каждого, и надобность в специальном отношении достижимости отпадает. Предложенная Карнапом формальная модальная семантика соответствует этому частному случаю и годится, следовательно, только для S5. Далее, для каждой предикатной модели каждый мир w из множества возможных миров W, на котором определено бинарное отношение достижимости R, характеризуется непустым множеством Dw индивидов, существующих в этом мире. Существует также выделенный элемент w*, называемый действительным миром. Для разных w множества Dw могут быть разными. С этой точки зрения понятно, почему принцип подстановоч- ности тождественного и экзистенциальное обобщение требуют ограничений в модальных контекстах. Если индивидные константы или переменные находятся в сфере действия модального оператора, то они могут обозначать один и тот же индивид в действительном (выделенном) мире, но различные индивиды в других возможных мирах (а в каких-то мирах ничего не обозначать). Поэтому, чтобы указанные принципы были применимыми в модальных контекстах, каждый входящий в этот контекст индивидный символ должен обозначать один и тот же объект во всех мирах, связанных с данным миром отношением R. Быстрый рост числа модальных исчислений в 70—80-е гг. поставил вопрос о создании более общей и более богатой по своим возможностям формальной семантики, чем семантика Крипке. Один из путей создания такой семантики связан с именем 3. Стахняка. Его основная идея элегантна и проста, хотя ее реализация технически может быть очень сложной. Семантика Крипке является теоретико-множественной. Каждый «возможный мир» есть просто лишенный внутренней структурыэлементнекоторогомножества,которому(элемен- ту) в предикатных интерпретациях приписано еще одно множество — множество индивидов, допустимых в этом мире. Вся ее изобразительная сила определяется поэтому только свойствами отношения R. Если удастся наделить и сами элементы внутренней структурой, то изобразительная мощь формальной семантики резко возрастет. Для реализации этой идеи Стахняк использовал сочетание алгебраических и теоретико-множественных подходов. На исходном множестве, рассматриваемом в качестве алгебраического объекта, можно построить вторичное множество алгебраических структур (напр., ультрафильтров). На новом множестве процесс можно повторить, получая множество элементов с более богатой структурой, а затем построить на нем отношение достижимости R. Тем самым мы получаем семантику возможных миров, в которой в отличие от семантики Крипке элементы базисного множества могут быть наделены сколь угодно сложной внутренней структурой. Такого рода формальная семантика обладает огромной изобразительной силой. Ее можно использовать не только для интерпретации существующих модальных исчислений, но и для построения новых модальных исчислений, обладающих наперед заданными желательными семантическими свойствами. Фактически впервые появилась возможность того, что современная формальнаялогикаможетбытьиспользованане тол ько и даже не столько в качестве преимущественного средства для построения оснований математики, как это повелось со времен Д. Гильберта, сколько в качестве метода построения оснований любого вида научного знания, в том числе философского. Лит.: Gabbay D. M. Investigations in Modal and Tense Logics with applications to problems in Philosophy and linguistics. N. Y., 1976; Леммон Е. Алгебраическая семантика для модальных логик I. IL— В кн.: Семантика модальных и интенсиональных логик. М., 1981; Костюк В. Н. Элементы модальной логики. К., 1976; Крипке С. Семантический анализ модальной логики.— В кн.: Фейс Р. Модальная логика. М, 1974; Stachniak Z Introduction to model theory for Lesniewski's Ontology. Wroclaw, 1981; Hughes G E. and Cresswell M. J. A Compation to Modal Logic. Methuen — London, 1984; Van Benthem J. A. F. K. Modal and Classical Logic. Napoli, 1983; Zeman J. J. Modal Logic. The Lewis- Modal Systems. Oxf., 1973; Segerberg К. An essay in classical modal logic — «Filosofiska Studier», Uppsala, 1971, N 13; Chagrov A. V., Zakhar- yaschev M. Modal Logic. Oxf, 1997. В. Н. Костюк

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 интер-

594

МОДЕЛЕЙ ТЕОРИЯ претации. В настоящий момент теория моделей делится на следующие разделы: Классическая теория моделей (КМТ), изучающая теоретико- множественные 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.

КМТберет 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 C, сопоставляющая каждой константе — элемент универсума, n-местной функции/—функционал W—> ^л-местному предикату Р— функционал W —»{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 ю и бесконечную совокупность аксиом ю > 0, со > 1, © > п, 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 (не)стандартным», 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 \/хА(х), где х — 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 \/xP(t(x) , где Р—предикат. Многообразия — это V -теории, модели которых сохраняются при гомоморфизмах. Теоремы характеризации используются в современной информатике для описания абстрактных типов данных. ATM началась с предложенной Линденбаумом и Тарским концепции, согласно которой любая теория может рассматриваться как алгебра, операциями которой являются логические связки, а объектами — классы формул, для которых доказуема эквивалентность. Такая алгебра называется алгеброй Линденбаума-Тарского (ЛТ-алгеброй) теории. ЛТ-алгебра классической теории—булева алгебра. ЛТ-алгебра интуиционистской — псевдобулева, теории в модальной логике S4 — булева алгебра с замыканиями. Данный подход был вторым основанием и инструментом для построения альтернативной теории множеств. Для неклассических логик он математически эквивалентен СВМ и поэтому в последнее время употребляется менее интенсивно. Трудностью в ATM является интерпретация кванторов. Для данной цели была развита теория цилиндрических алгебр. Семантика возможных миров (СВМ) предлагалась уже Аристотелем, который рассматривал теорию модальных суждений. Ее предшественником можно считать Г. Лейбница, который явно ввел понятие возможного мира. В современном виде она впервые была предложена для частного случая интуиционистской логики Э. Бетом (1954) и последовательно развита для целого ряда логик С. Крипке, имя которого она и получила. При СВМ интерпретациях имеется некоторая алгебраическая система классических (либо, в более тонких случаях, алгебраических) моделей, называемых мирами, связанных отноше-