¿La independencia de un teorema de un sistema formal también implica que agregarlo como axioma hace que el sistema no sea más poderoso?

Agregar una oración indecidible [matemáticas] T [/ matemáticas] como axioma a un sistema formal [matemáticas] F [/ matemáticas] ciertamente cambia la lista de teoremas demostrables por [matemáticas] F [/ matemáticas]: ahora puede probar [matemáticas ] T [/ math], y típicamente muchas otras declaraciones que son consecuencias directas de [math] T [/ math]. En otras palabras, los sistemas [matemática] F [/ matemática] y [matemática] F + T [/ matemática] ciertamente no son equivalentes, y lo mismo es cierto para [matemática] F + \ neg T [/ matemática].

Por supuesto, en situaciones donde se cumple el Teorema de incompletitud de Gödel, los sistemas extendidos [matemática] F + T [/ matemática] y [matemática] F + \ neg T [/ matemática] aún están incompletos, y habrá oraciones nuevas y diferentes que serán indecidible en cualquiera de esos sistemas. Puede seguir agregando esos como axiomas, o su negación, y así sucesivamente.

Por ejemplo, un conjunto natural de candidatos para tales oraciones indecidibles son las oraciones que establecen formalmente que el sistema bajo consideración es consistente. Comenzando con algún sistema [matemático] F [/ matemático] que sea susceptible al Segundo teorema de incompletitud (por ejemplo, Peano Aritmética o ZFC), puede elegir [matemático] T = \ mbox {Con} (F) [/ matemático] y extender [matemática] F [/ matemática] a [matemática] F_1 = F + \ mbox {Con} (F) [/ matemática].

Este nuevo sistema [math] F_1 [/ math] obviamente prueba que [math] F [/ math] es consistente, lo que lo hace “más poderoso” que [math] F [/ math], pero no prueba que en sí mismo que es consistente. Entonces puede proceder a construir [math] F_2 = F_1 + \ mbox {Con} (F_1) [/ math] y así sucesivamente en [math] F_ \ omega [/ math] y más allá de ordinales cada vez más grandes. Esta secuencia peculiar de teorías cada vez más fuertes se estudia en “Inexhaustibility”, una joya de un libro de Torkel Franzén.

Hay un error en la pregunta.

Un teorema es una declaración que se puede probar en un sistema formal dado . Por lo tanto, no puede haber un teorema independiente de una declaración formal dada.

Claro, una vez que agreguemos algo no demostrable (aunque no debería ser una declaración universalmente falsa) en un formalismo dado a los axiomas, podemos obtener nuevos teoremas (esta es, de hecho, la forma en que todas las teorías formales se generan a partir de la lógica de primer orden ) Sin embargo, esto no es trivial solo para sistemas expresados ​​en lenguaje de primer orden o superior: no podemos tener axiomas adicionales no demostrables en la lógica proposicional clásica, ya que sería inconsistente.