Доказуемость и модальная логика. Занятие 1

Классическая логика высказываний исходит из предположения о том, что любые высказывания либо истинны, либо ложны. Логика доказуемости отражает более глубокую картину мира, осознанную после теорем Гёделя о неполноте: истинность высказывания, вообще говоря, не равносильна его доказуемости. Можно ли — и если да, то как — говорить на уровне логики о доказуемости или недоказуемости высказываний, наряду с их истинностью или ложностью? Решение было, по существу, предложено ещё Гёделем, а потом эта область активно развивалась начиная с 60-х годов XX века.
Язык логики доказуемости, наряду с обычными связками логики высказываний, содержит одноместные связки, обозначаемые $\square$ и $\lozenge$. При этом $\square$ A выражает доказуемость высказывания A, а $\lozenge$ A его непротиворечивость. Какие принципы логики доказуемости следует считать тавтологиями, то есть верными (подумайте: истинными или доказуемыми?) независимо от смысла элементарных высказываний, из которых они построены?
Слушателям рекомендуется подумать, следует ли считать тавтологиями следующие примеры:
$\Box \; A \; \& \; \Box \; B \to \Box(A \;\&\;B)$
$\Box \; (A \vee B) \to \Box \; A \vee \Box \; B$
$\Box \; A \to \Box\Box \; A$
$\Diamond \; A \to \Box \; \Diamond \; A$
$\Box \; A \to A$
Как можно описать множество всех тавтологий логики доказуемости? Есть ли алгоритм, распознающий тавтологичность?
Для понимания рассказа будет полезно общее знакомство с теоремами Гёделя о неполноте и иметь представление о формальных системах, построенных на базе логики предикатов, таких как формальная арифметика Пеано. Разумеется, от слушателей не требуется помнить многочисленные технические детали.