芝諾悖論:阿喀琉斯與該死的烏龜

2020-12-13 丁丁的深度思想實驗室

「哦,我的天,他一定是個槓精!!!」

----一位聽我講完芝諾悖論的朋友

芝諾---古希臘 數學家,哲學家

芝諾(Zeno of Elea)生於義大利半島南部的埃利亞城邦,他是埃利亞學派的著名哲學家巴門尼德的學生和朋友。他的生平記載的已經不很清晰了,不過以他名字命名的芝諾悖論,卻廣為流傳。  

阿喀琉斯是古希臘神話中善跑的英雄。在他和烏龜的競賽中,他速度為烏龜十倍,烏龜在前面100米跑,他在後面追,但他不可能追上烏龜。因為在競賽中,追者首先必須到達被追者的出發點,當阿喀琉斯追到100米時,烏龜已經又向前爬了10米,於是,一個新的起點產生了;阿喀琉斯必須繼續追,而當他追到烏龜爬的這10米時,烏龜又已經向前爬了1米,阿喀琉斯只能再追向那個1米。就這樣,烏龜會製造出無窮個起點,它總能在起點與自己之間製造出一個距離,不管這個距離有多小,但只要烏龜不停地奮力向前爬,阿喀琉斯就永遠也追不上烏龜!「烏龜」 這個行動緩慢的小傢伙不會被動得最快的人類追上,真奇怪不是麼。由於追趕者首先應該達到被追者出發之點,此時被追者已經往前走了一段距離。因此被追者總是在追趕者前面。

我勒個去,怎麼還是追不上?--阿喀琉斯

聽上去好像是個槓精,讓你懟他一通,好像還真想不出來怎麼辯駁才對。不過我覺得接下來這個可能更具備槓精的潛質。

飛矢不動

設想一支飛行的箭。在每一時刻,它位於空間中的一個特定位置。由於時刻無持續時間,箭在每個時刻都沒有時間的長度而只能是靜止的。鑑於整個運動期間只包含時刻,而每個時刻又只有靜止的箭,所以芝諾斷定,飛行的箭總是靜止的,它不可能在運動。上述結論也適用於時刻有持續時間的情況。對於這種情況,時刻將是時間的最小單元。假設箭在這樣一個時刻中運動了,那麼它將在這個時刻的開始和結束位於空間的不同位置。這說明時刻具有一個起點和一個終點,從而至少包含兩部分。但這明顯與時刻是時間是的最小單元這一前提相矛盾。因此,即使時刻有持續時間,飛行的箭也不可能在運動。總之,飛矢不動。

哲學要學精了再拿來用哦~

聽了以上這兩個觀點,是不是有些抓狂呢?其實這背後蘊藏的原理可一點不簡單,記得我在上學的時候,我們一位不知道高到哪裡去了的數學老師問了我們一個問題,一個彈力球在忽略摩擦力和空氣阻力的情況下,扔下來彈起來的距離是上次的一半,那麼這個小球扔下來以後,會不會停下來呢?

古人說話好像就是用來給我們出題的

這個問題其實也讓我想起了《莊子·天下篇》中提到:「一尺之棰,日取其半,萬世不竭。」是不是有點意思呢。這時那位不知道高到哪裡去了的數學老師接著說,隨著彈力球不斷減少跳躍的高度,他每次的彈起的時間也在不斷地縮短,1秒,0.5秒,0.25秒等等,相加起來的和是有極限的,突破了這個時間,小球自然停下來了。對不對?沒錯這個答案也適用於阿喀琉斯與烏龜的實驗,只要我們不再計算距離,而是考慮時間的流逝,在某一時刻,阿喀琉斯一定會追上那隻該死的烏龜,並在那之後遠遠把他甩在身後。

物理學家則選擇了另外一種方式去挑戰這個問題,那就是挑戰最基本的假設之一,時間和空間究竟是不是無限不可分割的。1890年 德國物理學家馬克斯·普朗克提出了一些列自然單位來簡化物理定律。他提出最基本的普朗克長度與普朗克時間。

普朗克--物理學的實力由頭髮守護

也就是這個世間最小的長度是1普朗克長度,最短的時間是光波在真空中走過1普朗克長度所需要的時間,也就是1普朗克時間,任何長度與時間都是他們的整數倍,也就是不會存在0.5個普朗克時間。數學上我們可以擁有無窮小,但是物理學上沒有。  

所以在物理學上,總會有那麼小的一個普朗克時間上,阿喀琉斯會和烏龜處在同樣的長度上,而下一個普朗克時間,阿喀琉斯超過了他。

想不到吧,這樣一個思想實驗,在數學的演化中引導出了極限與微分,而在物理學中更是為量子力學的誕生埋下了伏筆。著名的哲學家羅素就曾經評價芝諾悖論:「長大兩千多年的批判中倖存下來的悖論,他無疑為數學的復興奠定了基礎」。

節目的最後我給大家留下一個有趣的問題,0.11111的循環乘以9是等於0.99999的循環還是等於1呢?

相關焦點

  • 阿喀琉斯到底能不能追上烏龜?
    這個小問題叫芝諾悖論,芝諾悖論有好幾個命題,人們最熟悉的可能是阿喀琉斯追烏龜:假定阿喀琉斯的速度是烏龜的十倍,現在烏龜領先阿喀琉斯100米,那麼阿喀琉斯永遠追不到烏龜,論證如下:阿喀琉斯跑完這100米,烏龜就跑了10米(花費時間記為t1),阿喀琉斯跑完10米,烏龜就跑了1米(花費時間記為t2),阿喀琉斯跑完1米,烏龜就跑了0.1米(花費時間記為t3),依此類推
  • 博爾特也「追不上」的烏龜?古希臘哲學家芝諾提出過哪些奇怪悖論
    這些悖論看似荒謬,但其實蘊含著很深的道理。追不上的烏龜龜兔賽跑的故事是我們每個人都聽過的,說的是一隻兔子因為驕傲,結果在賽跑中敗給了烏龜。芝諾表示:對啊,這沒問題啊,就算兔子不睡覺,也追不上烏龜啊!在芝諾的悖論中,追趕烏龜的不是兔子,而是希臘神話中非常善跑的阿喀琉斯。假設一隻烏龜在他前面100米爬行,他以十倍於烏龜的速度追趕。當他追上100米的時候,烏龜已經又爬了10米。當他再追10米的時候,烏龜又爬了1米。阿喀琉斯繼續追,追了1米,烏龜又爬了0.1米……如此往復循環,沒有盡頭,阿喀琉斯永遠追不上這隻烏龜。
  • 在「芝諾悖論」裡人追不上烏龜,根據悖論我們將走不到馬路對面
    其中最著名的一道難題是本特利悖論,得名於跟牛頓同時代的一位名叫理察·本特利(Bentley)的人。本特利悖論—宇宙應該自發坍縮本特利是一名學者,跟同時代的許多人一樣,他有一個神學學位,後來他又在劍橋的三一學院獲得了碩士學位。
  • 著名的芝諾悖論
    古希臘數學家芝諾(Zeno of Elea)提出的一系列關於運動的不可分性的哲學悖論。其中最著名的、也最頑固難破的兩個是「追烏龜」和「飛矢不動」悖論: 追烏龜 阿喀琉斯是古希臘神話中善跑的英雄。在他和烏龜的競賽中,他速度為烏龜十倍,烏龜在前面100米起跑,他在後面追,但他不可能追上烏龜。
  • 物理學四大神獸之芝諾的烏龜
    阿喀琉斯體格健壯,肌肉飽滿,四肢遒勁有力。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。
  • 被誤解的芝諾悖論
    芝諾的著作早已失傳,亞里斯多德的物理學是了解芝諾悖論的主要途徑,此外只有少量零散的文獻可作參考。雖然亞里斯多德對於芝諾的理論持批評態度,但是也保存了芝諾悖論的大意,也算是為後人提供了許多便利。關於芝諾悖論,本文詳細介紹其中一個最負盛名的例子,一般稱為「阿喀琉斯與烏龜」,該悖論描述如下:阿喀琉斯是希臘神話中善跑的英雄。在他和烏龜的競賽中,他速度為烏龜十倍,烏龜在前面100米跑,他在後面追,但他不可能追上烏龜。
  • 物理學四大神獸之芝諾的烏龜,芝諾悖論到底存不存在?
    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?
  • 從「芝諾悖論」開始,談微積分
    他可以說是一個很高級的「槓精」,可以說是「槓精」中的「槓精」;他很喜歡和人辯論,而且還提出了好幾個自己搞不清楚,別人也解釋不了的問題,對於這幾個問題,人們統稱叫「芝諾悖論」;- 01 - 「芝諾悖論」在這裡,我把「芝諾悖論」中的四個來給大家講講
  • 芝諾悖論到底想表達什麼——哲學起航
    |芝諾悖論 我們對於所謂『悖論』沒有好感,一方面,如上個小節所講,是因為感到其邏輯過於鬼怪,感到無法被說服;而這種感受,同時也對應著另一方面的原因,那就是我們不知道這些論述的意義到底何在,思想家們搞出這些東西來,僅僅是為了賣弄下,抖下機靈嗎?
  • 芝諾:一切運動皆為假象,時間本身並不存在
    這是一場特殊的賽跑,烏龜和阿喀琉斯共同參賽,設定中烏龜被允許率先出發。當阿喀琉斯起跑時,烏龜已經到達了A點,由於阿喀琉斯跑的比烏龜快很多,他很快也抵達了A點,但是當他抵達A點時,烏龜已經爬到更遠的地方,也就是B點,當阿喀琉斯跑到B點時,烏龜又到了更遠的C點。
  • 芝諾的運動悖論,涉及時間、空間的看法,至今還在困擾人類!
    悖論叫做二分法。芝諾說,任何一個物體要想由這一點運行到另外一點,必須首先到達兩點的中點一點。而要想到達這一點,要想到達,則必須到達一點的中點,等等,這個二分過程總是可以無限的進行下去,這樣,該物體就不可能離開點運動哪怕一丁點。問題出現在,在經過一個時間單後後單元二與單元三卻有了兩個空間單元的移動。經過兩個時間單元後,單元二與單元三卻有了四個空間單元的移動。
  • 有一點數學悖論:芝諾的烏龜
    就在差不多同時代的西方,古希臘數學家芝諾也提出過類似這個問題的悖論,以其名字命名故而稱為「芝諾悖論」,芝諾一生提出過40多個悖論,其中也有一些涉及到無窮的概念,舉兩例。按照這麼個理論,我永遠出不了我家大門,地鐵永遠到不了下一站,甚至降雨永遠落不到地上,那這個世界不亂套了嘛,顯然這並非是事實,所以才叫悖論。不用驚慌,真實的世界好著呢。
  • 芝諾的「神奇烏龜」,一個你明知道錯誤,卻無法反駁的悖論
    人類對宇宙的探索越深入,產生的疑問和困惑也就越多,比如古希臘的哲學家曾經提出過一個著名的悖論——「芝諾的烏龜」也被稱為「芝諾悖論」。阿基裡斯是古希臘神話一位善於跑步的神明,他在神明之中也以速度出名,但是在芝諾的問題中,他卻永遠追不上一隻正常爬行的烏龜。
  • 古希臘哲學家芝諾的悖論:你永遠追不上烏龜?
    悖論長期以來就很受哲學家青睞,將年代久遠和影響深遠綜合起來評定的話,芝諾大約可算是悖論第一人。悖論由於要「有悖於正統」或「出乎定見之外」,故免不了包含觀點之辨——包括詭辯。這跟單純闡述學說是有差別的,這種差別使芝諾被很多人視為辯證法的鼻祖。
  • 兔子永遠都不能追上烏龜,讓你無可奈何的芝諾四大悖論
    所以芝諾並不根據常識來判斷他的結論是否錯誤,他認為思想之路比感覺之路要可靠的多。但並不代表他悖論邏輯上的不嚴謹,相反,正是他一味地從思想上追求真理,更使得他的邏輯推理十分嚴謹,令人感覺十分有意思。其中大都是關於運動的不可分性,據說直到量子概念的出現,才得以解決。現在我們就看一下這些有趣的悖論。
  • 芝諾悖論怎麼破?
    這樣僅給出定義好像還是很難直觀地理解悖論,那我們今天就以歷史上最著名的悖論——芝諾悖論為例,好好體會一下悖論到底「悖」在哪裡。先簡單介紹一下芝諾吧,芝諾生活於公元前5世紀,是著名的數學家和哲學家,他的家鄉在義大利半島一個叫埃利亞的地方,古希臘哲學中有一個很著名的哲學學派就叫埃利亞學派。
  • 為何總趕不上烏龜?芝諾悖論揭示語言面對現實的尷尬
    龜兔賽跑(圖片來自網絡)芝諾悖論是什麼?學過西方思想史總不免聽說芝諾悖論。悖論最簡單說就是矛盾。芝諾發表了一組矛盾的言論,其中阿基裡斯追不上烏龜最出名:阿基裡斯是希臘跑得最快的英雄,但沒有用,只要烏龜先起跑,由於每當他追到烏龜曾經到達的地方,「剎那間」烏龜總是又向前移動了,哪怕只是一點一點點,但總還是追不上。
  • 芝諾悖論:為什麼有人說,兔子追不上烏龜是必然的
    兔子一看烏龜這麼慢,便找了個地方睡覺,準備等一等烏龜。可當兔子醒來的時候,烏龜距離終點就只有10米的距離,按照兔子和烏龜的速度,我們可以算出兔子跑到終點只需要1分鐘的時間,而烏龜需要100秒,也就是1分鐘40秒。兔子是可以追上烏龜的。