部分可能等於整體嗎?偶數的數量可能與正整數的數量相同嗎?
你可能會覺得,這是一個荒誕的悖論。但是,現代科學之父伽利略在他最後一本科學著作《兩種新科學》中證明了這是可能的。
他的論述非常簡潔:任何一個正整數乘以2之後,都一定是偶數,形成「一一對應」的關係,所以,偶數和正整數的數量一樣多。
這顯然和現實世界中的實例是相矛盾的。假設把世界上所有的77億人都用正整數來編號,男人拿到奇數的號碼(1、3、5…),而女人則是偶數號碼(2、4、6…)。我們可以很清楚的看出,女人的總數顯然不會等於全球的總人口數,因為這個正整數的編號最大也只能到77億左右,將它乘以2的數字是找不到對應的女人的。
而在數學中,正整數並不存在77億這個上限,而是允許存在無限多個正整數,並有一個代表無窮大的符號「∞」。所以說,伽利略的悖論是因為「無限」這個概念引發的。我們必須否認∞在現實世界中是存在的,這才不會導致邏輯上的自相矛盾。∞這個數字不存在,意味著整個宇宙中任何可以用數字度量的東西都不可能是無限的,能量不是無限的、質量不是無限的、空間不是無限的、時間也不是無限的,所以宇宙也不是無限的!
儘管我們直覺的認為宇宙是無限的,但任何引發邏輯上悖論的說法,必然是不對的。
古人曾直覺的認為:「物體越重下墜的速度越快。」伽利略正是因為發現了這種說法會引發邏輯悖論,才敢於爬上高高的比薩斜塔,當眾試驗證實自己的理論。
試想一下,如果你把一塊重的石頭上再綁一塊輕的石頭,它會落得更快還是更慢?
如果你把這兩塊石頭看成是一個整體,它比原來的重的石頭更重了,所以應該下降得更快;可如果分開來看,輕的石頭下降的比重的石頭慢,它們綁在一起,輕的石頭必然會拖累重的石頭,所以應該下降得更慢。這就形成了悖論,而要讓這個邏輯矛盾消除的唯一解決辦法就是,重的物體和輕的物體下墜的速度是同樣的。
同樣的,要避免出現「偶數與正整數一樣多」的邏輯悖論,只能得出結論:「無限是不存在的!」
而事實上,愛因斯坦的廣義相對論也得出了同樣的結論:「宇宙是有限的。」在各個維度上,我們的宇宙都存在著一個「極大值」。例如,任何物體的速度都不可能超過光速30萬公裡/秒。
而無窮大∞不存在的同時,無窮小的概念其實也不存在的。伽利略在《兩種新科學》中還提到了另一個有趣的悖論:「可以證明,任何兩條長度不同的線段,它們的長度是相同的。」我們來看看如何證明這個荒誕不經的命題。
假設,短的那一條線段是DE,長的那一條線段是BC,然後我們將這兩條線段平行擺放,並將BD和CE的延長線相交的點定義為A,我們就得到了圖中所示的一個三角形ABC。從A點出發,經過DE上的任何一個點P,都可以到達BC上的一個點P』。
如果點的長度是「無窮小」,那麼點P和點P』是等長的。由於,構成線段DE的每一個點都能與構成BC的每一個點之間,建立這種「一一對應」關係,所以,DE和BC是等長的!
是不是很有趣?更有意思的是,我們還能利用伽利略的方法證明:「我們的心有多大,世界就有多大!」
想像一下,我們的心臟的正中射出了無數條的光線,每一條光線都穿過我們心臟,到達世界最遙遠的角落。而任何一根光線與我們心臟表面相交的點,和這根光線與世界盡頭相交的每點之間,也必然存在「一一對應」的關係。所以,我們的心臟表面積有多大,世界的表面積就有多大,宇宙的表面積就有多大。難道,我心即宇宙?
同樣的,我們也能利用伽利略的方法證明:「洞中一日,世上千年!」
我們可以將洞中一日的時間和世上千年的時間分別畫成一條線段,證明了這兩條線段是等長的,就證明了一日和千年沒有區別。難道,剎那即永恆?
當然,這些只不過是美麗的幻想罷了。
事實上,量子力學已經證明了「無窮小」是不存在的,現實世界中的任何東西(即便是光線或時間)都不能分解成無窮小的「點」,而是受限於普朗克常數h = 6.62606896 × 10^(-34)J·s。
儘管在現實世界中無窮大和無窮小都是不存在的,但這絲毫不妨礙數學家們在此基礎上建立了微積分,並以此解除了低等數學無法回答的諸多數學難題。
儘管宇宙是有限的,而我們人類的想像卻是無限的;儘管世上不存在無限短暫的瞬間,但我們卻總能記憶起那些定格的畫面。
地球上最遼闊的是大海,比大海更遼闊的是天空,而比天空更遼闊的是我們的心靈。世界再大,也大不過人心!