A model-theoretical approach to classical Turing computability

Orientador: Walter Alexandre CarnielliTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Filosofia e Ciências HumanasResumo: Esta tese propõe uma nova abordagem da computabilidade de Turing clássica, denominada abordagem modelo-teórica. De acordo com essa abordagem, estruturas e teorias são associadas às máquinas de Turing a fim de investigar as características de suas computações. Uma abordagem modelo-teórica da computabilidade de Turing através da lógica de primeira ordem é desenvolvida, e resultados de correspondência, correção, representação e completude entre máquinas, estruturas e teorias de Turing são demonstrados. Nessa direção, os resultados obtidos a respeito de propriedades tais como estabilidade, absoluticidade, universalidade e logicidade enfatizam as potencialidades da computabilidade modelo-teórica de primeira ordem. Demonstra-se que a lógica subjacente às teorias de Turing é uma lógica minimal intuicio-nista, sendo capaz, inclusive, de internalizar um operador de negação clássico. As técnicas formuladas nesta tese permitem, sobretudo, investigar a computabilidade de Turing em modelos não-padrão da aritmética. Nesse contexto, uma nova perspectiva acerca do fenômeno de Tennenbaum e uma avaliação crítica da abordagem de Dershowitz e Gurevich da tese de Church-Turing sào apresentadas. Como conseqüência, postula-se um princípio de interna-lidade aritmética na computabilidade, segundo o qual o próprio conceito de computação é relativo ao modelo aritmético em que as máquinas de Turing operam. Assim, a tese unifica as caracterizações modelo-aritméticas do problema P versus NP existentes na literatura, revelando, por fim, uma barreira modelo-aritmética para a possibilidade de solução desse problema central em complexidade computacional no que diz respeito a certos métodos. Em sua totalidade, a tese sustenta que características cruciais do conceito de computação podem ser vislumbradas a partir da dualidade entre finitude e infinitude presente na distinção entre números naturais padrão e não-padrãoAbstract: This PhD thesis proposes a new approach to classical Turing computability, called a model-theoretic approach. In that approach, structures and theories are associated to Turing machines in order to study the characteristics of their computations. A model-theoretic approach to Turing computability through first-order logic is developed, and first results about correspondence, soundness, representation and completeness among Turing machines, structures and theories are proved. In this line, the results about properties as stability, absoluteness, universality and logicality emphasize the importance of the model-theoretic standpoint. It is shown that the underlying logic of Turing theories is a minimal intuicionistic logic, being able to internalize a classical negation operator. The techniques obtained in the present dissertation permit us to examine the Turing computability over nonstandard models of arithmetic as well. In this context, a new perspective about Tennenbaum's phenomenon and a critical evaluation of Dershowitz and Gurevich's account on Church-Turing's thesis are given. As a consequence, an arithmetic internality principle is postulated, according to which the concept of computation itself is relative to the arithmetic model that Turing machines operate. In this way, the dissertation unifies the existing model-arithmetic characterizations of the P versus NP problem, leading, as a by-product, to a model-arithmetic barrier to the solvability of that central problem in computational complexity with respect to certain techniques. As a whole, the dissertation sustains that crucial characteristics of the concept of computation may be understood from the duality between finiteness and infiniteness inherent within the distinction between standard and nonstandard natural numbersDoutoradoFilosofiaDoutor em Filosofi