芝諾悖論是什麼?芝諾悖論的內容是什麼
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芝諾悖論(Zeno's paradox)是古希臘數學家芝諾(Zeno of Elea)提出的一系列關於運動的不可分性的哲學悖論。
悖論學說
這些悖論由於被記錄在亞里士多德的《物理學》一書中而爲後人所知。芝諾提出這些悖論是爲了支持他老師巴門尼德關於"存在"不動、是一的學說。這些悖論中最著名的兩個是:"阿基里斯跑不過烏龜"和"飛矢不動"。這些方法可以用微積分(無限)的概念解釋,但還是無法用微積分解決,因爲微積分原理存在的前提是存在廣延(如,有廣延的線段經過無限分割,還是由有廣延的線段組成,而不是由無廣延的點組成。),而芝諾悖論中既承認廣延,又強調無廣延的點。這些悖論之所以難以解決,是因爲它集中強調後來笛卡爾和伽桑迪爲代表的機械論的分歧點。
三個例子
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,他速度爲烏龜十倍,烏龜在前面100米跑,他在後面追,但他不可能追上烏龜。因爲在競賽中,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" 動得最慢的物體不會被動得最快的物體追上。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。"
如柏拉圖描述,芝諾說這樣的悖論,是興之所至的小玩笑。首先,巴門尼德編出這個悖論,用來嘲笑"數學派"所代表的畢達哥拉斯的" 1-0.999...>0"思想。然後,他又用這個悖論,嘲笑他的學生芝諾的"1-0.999...=0,但1-0.999...>0"思想。最後,芝諾用這個悖論,反過來嘲笑巴門尼德的"1-0.999...=0,或1-0.999...>0"思想。
有人解釋道:若慢跑者在快跑者前一段,則快跑者永遠趕不上慢跑者,因爲追趕者必須首先跑到被追者的出發點,而當他到達被追者的出發點,慢跑者又向前了一段,又有新的出發點在等着它,有無限個這樣的出發點。
芝諾當然知道阿喀琉斯能夠捉住海龜,跑步者肯定也能跑到終點。
類似阿基里斯追上海龜之類的追趕問題,我們可以用無窮數列的求和,或者簡單建立起一個方程組就能算出所需要的時間,那麼既然我們都算出了追趕所花的時間,我們還有什麼理由說阿基里斯永遠也追不上烏龜呢?然而問題出在這裏:我們在這裏有一個假定,那就是假定阿基里斯最終是追上了烏龜,才求出的那個時間。但是芝諾的悖論的實質在於要求我們證明爲何能追上。上面說到無窮個步驟是難以完成。
以上初等數學的解決辦法,是從結果推往過程的。悖論本身的邏輯並沒有錯,它之所以與實際相差甚遠,在於這個芝諾與我們採取了不同的時間系統。人們習慣於將運動看做時間的連續函數,而芝諾的解釋則採取了離散的時間系統。即無論將時間間隔取得再小,整個時間軸仍是由無限的時間點組成的。換句話說,連續時間是離散時間將時間間隔取爲無窮小的極限。
其實這歸根到底是一個時間的問題。譬如說,阿基里斯速度是10m/s,烏龜速度是1m/s,烏龜在前面100m。實際情況是阿基里斯必然會在100/9秒之後追上烏龜。按照悖論的邏輯,這100/9秒可以無限細分,給我們一種好像永遠也過不完的印象。但其實根本不是如此。這就類似於有1秒時間,我們先要過一半即1/2秒,再過一半即1/4秒,再過一半即1/8秒,這樣下去我們永遠都過不完這1秒,因爲無論時間再短也可無限細分。但其實我們真的就永遠也過不完這1秒了嗎?顯然不是。儘管看上去我們要過1/2、1/4、1/8秒等等,好像永遠無窮無盡。但其實時間的流動是勻速的,1/2、1/4、1/8秒,時間越來越短,看上去無窮無盡,其實加起來只是個常數而已,也就是1秒。所以說,芝諾的悖論是不存在的。
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。
箭悖論的標準解決方案如下:箭在每個時刻都不動這一事實不能說明它是靜止的。運動與時刻裏發生什麼無關,而是與時刻間發生什麼有關。如果一個物體在相鄰時刻在相同的位置,那麼我們說它是靜止的,反之它就是運動的。
遊行隊伍
首先假設在操場上,在一瞬間(一個最小時間單位)裏,相對於觀衆席A,列隊B、C將分別各向右和左移動一個距離單位。
◆◆◆◆觀衆席A
▲▲▲▲隊列B
▼▼▼▼隊列C
B、C兩個列隊開始移動,如下圖所示相對於觀衆席A,B和C分別向右和左各移動了一個距離單位。
◆◆◆◆觀衆席A
▲▲▲▲隊列B……向右移動
▼▼▼▼隊列C……向左移動
而此時,對B而言C移動了兩個距離單位。也就是,隊列既可以在一瞬間(一個最小時間單位)裏移動一個距離單位,也可以在半個最小時間單位裏移動一個距離單位,這就產生了半個時間單位等於一個時間單位的矛盾。因此隊列是移動不了的。
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