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芝诺悖论的实质:要求我们证明为何能追上

2021-09-15 08:43 作者:中国崛起呀  | 我要投稿

牛顿229、芝诺悖论的实质要求我们证明为何能追上

 

芝诺(古希腊哲学家)(百度百科):约前490-前425。

…哲、学、哲学:见《欧几里得110》…

(…《欧几里得》:小说名…)

悖(bèi)论学说

…悖、论、悖论:见《欧几里得27》…

 

这些悖论由于被记录在亚里士多德的《物理学》一书中而为后人所知。

芝诺提出这些悖论是为了支持他老师巴门尼德关于“存在”不动、是一的学说。

 

这些悖论中最著名的两个是:“阿喀(kā)琉(liú)斯跑不过乌龟”和“飞矢(shǐ)不动”。

…矢:见《伽利略4》…

(…《伽利略》:小说名…)

 

这些方法可以用微积分(无限)的概念解释,但还是无法用微积分解决,因为微积分原理存在的前提是存在广延(如,有广延的线段经过无限分割,还是由有广延的线段组成,而不是由无广延的点组成。),而芝诺悖论中既承认广延,又强调无广延的点。

…方、法、方法:见《欧几里得2、3》…

…无、限、无限:见《牛顿202》…

…概、念、概念:见《欧几里得22、23》…

…原、理、原理:见《欧几里得41》…

 

这些悖论之所以难解决,是因为它集中强调后来笛卡尔和伽(jiā)桑迪为代表的机械论的分歧点。

…机、械、机械,论,机械论:见《牛顿197》…

 

两分法

 

芝诺:“一个人从A点走到B点,要先走完路程的1/2,再走完剩下总路程的1/2,再走完剩下的1/2……”如此循环下去,永远不能到终点。

假设此人速度不变,走一段的时间每次除以2,时间为实际需要时间的1/2+1/4+1/8+……。

则时间限制在实际需要时间以内,即此人与目的地距离可以为任意小,却到不了。

 

实际上是这个悖论本身限定了时间,当然到达不了。

(“因为‘时间暂停了’。”现代学者说。)

 

《庄子·天下篇》中也提到:“一尺之棰(chuí),日取其半,万世不竭。”

…棰:形声。从木,垂声。本义:短木棍…

[…形声:一种造字法…是说字由“形”和“声”两部分合成,形旁和全字的意义有关,声旁和全字的读音有关。如由形旁“氵(水)”和声旁“工、可”分别合成“江、河”…]

 

芝诺与庄子悖论的区别为:芝诺悖论 一定时间内行走的距离不变(即速度不变),而庄子时间不变,这段时间里的工作却越来越少(速度越来越慢)。

…时、间、时间:见《伽利略10》…

…速、度、速度:见《伽利略3》…

 

可以看出芝诺限制了时间,而庄子的理论可以使时间为无穷大。

…理、论、理论:见《欧几里得5》…

 

三个例子

 

追乌龟

 

阿喀(kā)琉(liú)斯是古希腊神话中善跑的英雄。在他和乌龟的竞赛中,他速度为乌龟十倍,乌龟在前面100米跑,他在后面追,但他不可能追上乌龟。因为在竞赛中,追者首先必须到达被追者的出发点,当阿喀琉斯追到100米时,乌龟已经又向前爬了10米,于是,一个新的起点产生了;

阿喀琉斯必须继续追,而当他追到乌龟爬的这10米时,乌龟又已经向前爬了1米,阿喀琉斯只能再追向那个1米。

就这样,乌龟会制造出无穷个起点,它总能在起点与自己之间制造出一个距离,不管这个距离有多小,但只要乌龟不停地奋力向前爬,阿喀琉斯就永远也追不上乌龟!

“‘乌龟’,动得最慢的物体不会被动得最快的物体追上。

由于追赶者首先应该达到被追者出发之点,此时被追者已经往前走了一段距离。

因此被追者总是在追赶者前面。”如柏拉图描述,芝诺说这样的悖论,是兴之所至的小玩笑。

…物、体、物体:见《伽利略9》…


 

首先,巴门尼德编出这个悖论,用来嘲笑“数学派”所代表的毕达哥拉斯的“1-0.999…>0”思想。

…毕达哥拉斯:见《欧几里得130》…

…思、想、思想:见《欧几里得154》…

 

然后,他又用这个悖论,嘲笑他的学生芝诺的“1-0.999…=0,但1-0.999….>0”思想。

最后,芝诺用这个悖论,反过来嘲笑巴门尼德的“1-0.999...=0,或1-0.999...>0”思想。

 

有人解释道:若慢跑者在快跑者前一段,则快跑者永远赶不上慢跑者,因为追赶者必须首先跑到被追者的出发点,而当他到达被追者的出发点,慢跑者又向前了一段,又有新的出发点在等着它,有无限个这样的出发点。

芝诺当然知道阿喀琉斯能够捉住海龟,跑步者肯定也能跑到终点。

类似阿喀琉斯追上海龟之类的追赶问题,我们可以用无穷数列的求和,或者简单建立起一个方程组就能算出所需要的时间。那么既然我们都算出了追赶所花的时间,我们还有什么理由说阿喀琉斯永远也追不上乌龟呢?

 

然而问题出在这里:我们在这里有一个假定,那就是假定阿基里斯最终是追上了乌龟,才求出的那个时间。

但是芝诺的悖论的实质在于要求我们证明为何能追上。

…实:见《欧几里得7》…
…质:见《欧几里得15》…

…实质:本质;事物、论点或问题的实在内容…

(…本、质、本质:见《欧几里得22》…
…事、物、事物:见《欧几里得21》…

…内、容、内容:见《欧几里得66》…)

 

…证、明、证明:见《欧几里得6》…

 

上面说到无穷个步骤是难以完成。

 

以上初等数学的解决办法,是从结果推往过程的。

…结、果、结果:见《牛顿105》…

…过、程、过程:见《欧几里得194》…

 

悖论本身的逻辑并没有错,它之所以与实际相差甚远,在于这个芝诺与我们采取了不同的时间系统。

…逻、辑、逻辑:见《欧几里得5》…

…系、统、系统:见《欧几里得37》…

 

人们习惯于将运动看做时间的连续函数,而芝诺的解释则采取了离散的时间系统。

…运、动、运动:见《伽利略9》…

…连、续、连续:见《欧几里得44》…

…函、数、函数:见《欧几里得52》…


即无论将时间间隔取得再小,整个时间轴仍是由无限的时间点组成的。

…无、限、无限:见《牛顿202》…

 

换句话说,连续时间是离散时间将时间间隔取为无穷小的极限。

 

其实这归根到底是一个时间的问题。

譬(pì)如说,阿喀琉斯速度是10m/s,乌龟速度是1m/s,乌龟在前面100m。实际情况是阿喀琉斯必然会在100/9秒之后追上乌龟。

…譬:形声字。从言,辟声。《说文(说文解字)》:“譬,谕(yù)也。”意思就是打比方。

“譬”在先秦典籍中是个常用字,常与“如”连言,如《左传·襄公十四年》“譬如捕鹿”、《襄公三十一年》 “譬如田猎”、《昭(zhāo)公元年》“譬如农夫”等等。但在出土古文字材料中,未见“譬”字。

马王堆汉墓帛书《五行》“弗辟也,辟则知之矣(yǐ)”中的二“辟”读作“譬”,知“譬”是在假借字上加义符分化出的一个形声字。

此字出现不会早于战国,《左传》等先秦典籍中的“譬”当是秦汉以后古籍整理者的转写…

(…形声字:用形声造字法造出来的字…

…分、化、分化:见《欧几里得93》…)

 

按照悖论的逻辑,这100/9秒可以无限细分,给我们一种好像永远也过不完的印象。

但其实根本不是如此。

这就类似于有1秒时间,我们先要过一半即1/2秒,再过一半即1/4秒,再过一半即1/8秒,这样下去我们永远都过不完这1秒,因为无论时间再短也可无限细分。

但其实我们真的就永远也过不完这1秒了吗?显然不是。

尽管看上去我们要过1/2、1/4、1/8秒等等,好像永远无穷无尽。但其实时间的流动是匀速的,1/2、1/4、1/8秒,时间越来越短,看上去无穷无尽,其实加起来只是个常数而已,也就是1秒。

…常、数、常数:见《欧几里得132》…

 

所以说,芝诺的悖论是不存在的。

 

“运动与时刻里发生什么无关,而是与时刻间发生什么有关。

如果一个物体在相邻时刻在相同的位置,那么我们说它是静止的,反之它就是运动的。

请看下集《牛顿230、“飞矢不动悖论的解决》”

 

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