物理學之四大神獸(1)——芝諾的烏龜

2022-01-30 悟裡探花

收錄於話題 #物理學史趣聞合集 13個

    物理學史上有著名的四大神獸,分別是芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。這四大神獸分別對應著物理學中的極限(微積分)、經典力學、熱力學第2定律(熵增原理)和量子力學(疊加態和坍縮)。

    這四大神獸威力強悍,芝諾的烏龜縮地成寸至極限,拉普拉斯獸推演萬物知未來,麥克斯韋妖逆轉陰陽轉時空,薛丁格的貓亦生亦死創世界四大神獸不僅給聰明的科學家們帶來了困擾,也給人類指明了前進的道路。

    今天我們聊聊芝諾的烏龜。我們先看一看它的簡歷。

    姓名:芝諾的烏龜

    主人:芝諾

    性別:未知

    出生地:古希臘

    能力:縮地成寸

    

    公元前464年,天下第一運動會開幕,第一天的比賽內容是芝諾的烏龜與海神之子阿克琉斯賽跑。阿克琉斯體格健壯,芝諾之龜短小精悍。阿克琉斯看著烏龜背著結實笨重的龜殼,又想著自己的速度很快,是烏龜的10倍,於是就以烏龜的身體劣勢為理由,申請讓烏龜提前奔跑1000米。

    比賽開始,當阿克琉斯跑了1000米時,烏龜已經向前爬了100米;阿克琉斯繼續追,而當他追完烏龜之前爬的100米時,烏龜又已經向前爬了10米;阿克琉斯只能再追向前面的10米,可烏龜又已經向前爬了1米;就這樣,芝諾的烏龜總在阿克琉斯的前面,雖然這個距離在不斷減小,但是,只要烏龜不停地向前爬,阿克琉斯就永遠也追不上烏龜!

    這樣,芝諾的烏龜名聲大振!同樣,在東方文明中,也有芝諾的烏龜的變種。《莊子·天下篇》中提到:「一尺之棰,日取其半,萬世不竭」。

    在現實世界中,我們會感覺很不可思議,因為隨便一個3歲小孩都可以輕鬆地超越一隻烏龜。而且,隨便一個初中生都可以很快地求出阿克琉斯追上烏龜的時間。    

    可是在物理帝國,我們卻需要嚴密地邏輯推理和證明。所以,如何證明阿克琉斯是否能追上它就成了一個很棘手的問題。從畢達哥拉斯到歐拉,這些物理和數學界的大神們,都沒人能破解這一問題。因此,這樣的一隻小烏龜就成了物理世界的第一隻神獸。

     那怎麼解釋這一問題呢?

    第一,這裡面有個文字遊戲,就是「永遠」。根據上面的情景,我們知道,當阿克琉斯無限接近烏龜時,時間就會停滯。

    由上圖可知,追上的時間應該等於111.1111……秒,這個時間無限的趨於一個時間點,不可能超過111.2秒,而不是永遠

    所以,這個問題的解釋就是:不管時間再如何無限逼近t(追上的時間),只要沒到t,人就追不上烏龜。

    而我們卻錯誤地理解成了:即使有幾百幾千年無限的時間,人也追不上烏龜。

    而現代物理學已經證明了時間和空間是不可以無限分割的,所以,在最短的一段時間裡,阿克琉斯就會順利超過烏龜。

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  • 物理學四大神獸之芝諾的烏龜
    物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓,分別對應著微積分、經典力學、熱力學第二定律和量子力學。芝諾之龜短小精悍,豆眼如炬,龜甲結實笨重。芝諾之龜以身體劣勢為由,申請提前奔跑100米。阿喀琉斯深知自己的速度乃是芝諾之龜的十倍,便毫不猶豫地答應了。       比賽開始。
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    物理學四大神獸之芝諾的烏龜,這則悖論曾經困擾了整個科學界上千年之久,甚至導致了第二次數學危機,你是否聽過這樣一個故事,烏龜與人類賽跑,由於人的平均速度是烏龜的十倍,鑑於人類很有體育精神,於是他決定,讓烏龜先跑100米,然後自己再跑,當他跑了100米後,這名人類發現烏龜領先他十米,於是他又奮力地追了一米,此時,人們發現烏龜比他領先了十釐米,那麼人類,究竟何時才能追上烏龜?
  • 【物理科普】物理學界的四大神獸,芝諾的烏龜、拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓.
    物理學上有四大神獸,芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖、薛丁格的貓。分別對應著微積分、經典力學、熱力學第二定律和量子力學。這四大神獸並不弱於傳說中的青龍白虎朱雀玄武,芝諾的烏龜時空雙修能縮地成寸,拉普拉斯獸明察大道推演萬物,麥克斯韋妖操控萬物逆轉陰陽,薛丁格的貓能製造宇宙超越生死。這四大神獸亦正亦邪,它既給聰明的科學家帶來困擾,也給企圖進化成神的人類指明了道路。
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  • 物理學上的四大「神獸」,除了薛丁格的貓,你還知道哪幾個?
    物理學是隨著人類社會實踐的發展而產生、形成和發展起來的,它經歷了漫長的發展過程。物理學起始於伽利略和牛頓的年代,現如今的物理學已經成為了一門有眾多分支的基礎科學。在物理學發展壯大的過程中,曾經出現過四大「神獸」,每一個神獸都對應著一個經典的物理學理論,分別為微積分,量子力學,經典力學與熱力學第二定律。
  • 物理學「四大神獸」:除了薛丁格的貓,另外三個是什麼?
    雖然只是思想上的實驗,但它們引發人深省,並推動了物理學的發展。在這些思想實驗中,有四個的名稱與動物有關,它們被冠以物理學「四大神獸」。(1)芝諾的烏龜這是最早的「神獸」,由2480年前的古希臘哲學家芝諾提出,它又被稱為芝諾悖論。試想一下,一個人以10米/秒的速度奔跑,一隻烏龜以1米/秒的速度爬行。一開始,烏龜比人領先了100米,那麼,人在什麼時候會追上烏龜?
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  • 物理學上的四大神獸,除了薛丁格的貓,你知道其他三大神獸嗎?
    物理學可以說是人類科學的重要組成部分了,對物理學的追溯可以到幾千年前。從最早的阿基米德定律到牛頓的萬有引力定律,然後到愛因斯坦的相對論,最後到玻爾等人的量子力學,人類的物理學經過了幾千年的發現與發展。物理學界也湧現出了一大批的天才物理學家,他們也提出了很多顛覆性的開創性理論。
  • 除了薛丁格家「又死又活」的貓,物理學「四大神獸」還有什麼?
    自初中學習物理時,相信不少人就有耳聞過物理學的「四大神獸」。就算沒辦法全部叫出來名字,起碼薛丁格的貓還是聽過的。這四隻神獸分別對應著量子力學、微積分學、經典力學、熱力學第2定律。說起來這四隻神獸還挺厲害的,像極了仙俠小說裡的人物。
  • 芝諾的龜(1)
    500年前,有鬥士為了捍衛科學的尊嚴,堅守對空間時間的思考,被羅馬教廷燒死,但是,早在布魯諾被燒死大約2000年前,有一位勇敢的哲學家開始思考無窮問題,芝諾提出來了一系列關於時間和空間以及運動的悖論
  • 物理學「四大神獸」,除了薛丁格的貓,你還知道哪一個?
    而在物理學中,經常會提及「思想實驗」這個概念。    所謂「思想實驗」就是利用我們的想像力,來完成一些現實中不可能實現的實驗,在物理學發展的過程中,很多理論都是建立在思想實驗之上,隨著科學的發展才一步步證實的,在物理學的各種思想實驗中,存在物理學「四大神獸」,最著名的是「薛丁格的貓」,除了這個貓咪,你還知道哪個?
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  • 物理學四大神獸,除了「薛丁格的貓」, 你還知道哪幾個?
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