El teorema de incompletitud de Godel no se aplica a todos los dispositivos computacionales, ¿solo a la máquina de Turing?

Estrictamente, el teorema de Goedel se aplica a los sistemas de axiomas lógicos, y no a los dispositivos informáticos. El equivalente en términos informáticos es la tesis de Church-Turing, que se aplica a las máquinas de Turing. Eso traduce “verdaderos teoremas que no se pueden probar” en “programas cuya funcionalidad no se puede determinar en un tiempo de ejecución finito”.

Una máquina Turing es una versión idealizada de un dispositivo real. Un dispositivo real no puede hacer más que una máquina de Turing, computacionalmente hablando. De hecho, las computadoras reales están limitadas a una cantidad fija de memoria, mientras que una máquina Turing siempre tiene tanta memoria como necesita. No es estrictamente “infinito”, sino un número finito que siempre es lo suficientemente grande para cualquier tarea que establezca. Los problemas de computabilidad deben establecer fuertes distinciones entre “cosas que toman mucho, mucho tiempo” y “cosas que toman para siempre”.

Con una memoria de computadora real, está claro que hay problemas bastante comunes que no se pueden resolver, sin necesidad de invocar las rarezas que se tragan a sí mismos y que prueban los teoremas de Goedel y Turing-Church. Solo requieren demasiada memoria y no se pueden reducir.

Pero si considera una computadora “real” idealizada con “suficiente” memoria, todavía está atrapado en los teoremas. No pueden calcular nada más que una máquina de Turing. Las máquinas de Turing son simplistas, para facilitar la comprobación de las cosas sobre ellas, pero es fácil definir conceptualmente el funcionamiento de cualquier computadora real en términos de instrucciones de la máquina de Turing.

Es posible que una computadora analógica o cuántica sea literalmente diferente de una máquina Turing; la teoría no está tan bien desarrollada y requiere responder preguntas de física desconocidas. Pero los chips puramente binarios de una computadora real son solo versiones elegantes de una máquina Turing, y están sujetos a las mismas limitaciones.

Dado que estamos hablando de dispositivos computacionales, tiene más sentido hablar sobre la indisputabilidad del problema de detención (u otro problema no controlable) que el teorema de incompletitud de Godel. Los dos están muy relacionados: por ejemplo, puede probar el teorema de incompletitud de Godel a partir del resultado del problema de detención. (La idea es que debe haber alguna máquina de Turing que no pueda probar se detenga en su sistema axiomático).

Ahora que estamos hablando del problema de haltin, la respuesta a su pregunta es no, se aplica a otros dispositivos computacionales (aunque probablemente no a los que pueden existir en el mundo real).

Hay dispositivos teóricos que son más potentes que las máquinas de Turing. Por ejemplo, podríamos darle a una máquina de Turing un oráculo , una caja mágica que puede resolver algún problema incontestable (por ejemplo, el problema de detención en sí). Llamemos a esta máquina de Turing aumentada una máquina HyperTuring. La máquina HyperTuring podría ser capaz de resolver el problema ordinario de detención de la máquina Turing, pero aún así no puede resolver el problema de detención de la máquina HyperTuring. Y luego hay una máquina HyperTuring que no se puede detener.

La propiedad clave que necesita de un dispositivo de computabilidad es la universalidad , es decir, la capacidad de simularse a sí mismo. Por ejemplo, puede tener una máquina de Turing que tome como entrada una descripción de una máquina de Turing y simule esa máquina de Turing. En general, siempre que su dispositivo informático tenga esta capacidad, puede hacer el argumento de detención.

Todos los dispositivos computacionales son matemáticamente iguales a la máquina de Turing. Todos tienen el mismo espacio de estado, y cualquier programa para cualquier máquina puede traducirse en un programa equivalente para cualquier otra máquina, para hacer exactamente lo mismo. Entonces la respuesta a su pregunta es “No, se aplica a cualquier dispositivo computacional, real o imaginario”.

Si estamos hablando de computadoras reales con memoria limitada, entonces son solo un subconjunto de todas las computadoras posibles, y pueden ejecutar solo un subconjunto de programas que la computadora ideal puede.
También puede haber “mejoras” como la memoria persistente, como en el caso de las redes neuronales artificiales, que a menudo confunden a las personas, haciéndoles creer que pueden lograr algo diferente. Todavía son las mismas viejas máquinas de Turing en su núcleo, simplemente se comportan de manera diferente. Forman parte de su programa en el mundo exterior (a las computadoras no les importa, simplemente no pueden, de dónde provienen los bits de procesamiento) y almacenan una parte de estos datos en la memoria persistente, que pueden usar más adelante. De esta manera, todos los programas que ejecutan (como los ciclos de aprendizaje) son solo las partes de un gran programa, por lo que para cualquier máquina de “autoaprendizaje” existe la misma máquina de Turing.

La siguiente afirmación es discutible: para el cerebro humano, el teorema de Godel no se aplica. Sobre esto, puedes leer “La nueva mente del Emperador” y “Sombras de la mente” de Roger Penrose.

Como otros han señalado, todas las máquinas de arquitectura Von Neuyman pueden ser representadas por la máquina Turing. Entonces sí, se aplica a todas las computadoras con las que es probable que te encuentres. (Algunos otros tipos de computadoras incluyen computadora analógica y computadora asincrónica).

Lógicamente, ¿es posible poder calcular todo en un sistema? ¿O hay algunas cosas que no sabremos?