芝諾悖論:阿喀琉斯與該死的烏龜

2020-11-26 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?

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  • 再快的人也跑不過烏龜,芝諾悖論涉及到量子領域解釋
    在捍衛這一激進信念的過程中,芝諾(Zeno)提出了40種論點,以表明改變和多元化是不可能的。芝諾(Zeno)的9種尚存的悖論中,最著名的有三個:阿喀琉斯追龜論、飛箭不動、二分法。芝諾基於這個觀點,舉了個例子。即阿喀琉斯(《荷馬史詩》中的希臘勇士)和烏龜賽跑。
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