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芝诺,古希腊数学、哲学家。他是埃利亚学派的著名哲学家巴门尼德的学生和朋友。芝诺从“ 多”和运动的假设出发,一共推出了40个各不相同的悖论。现存的芝诺悖论至少有8个,其中关于运动的4个悖论最为著名。
直到19 世纪中叶,人们普遍认为芝诺悖论不过是一些诡辩。英国数学家罗素感慨的说:“在这个变化无常的世界上,死后得不到应有的评价的最典型例子莫过于埃利亚的芝诺了。他虽然发明了四个无限微妙无限深邃的悖论,后世的大批哲学家们却宣称他只不过是个聪明的骗子,而他的悖论只不过是一些诡辩。”
芝诺在哲学上被亚里士多德誉为辩证法的发明人。黑格尔在他的《哲学史讲演录》中指出:“芝诺主要是客观地辩证地考察了运动”,并称芝诺是“辩证法的创始人”。
以刘翔为例,乌龟在他前面100米跑,他在后面追,但他不可能追上乌龟。在竞赛中,追者首先必须到达被追者的出发点,当刘翔追到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;刘翔必须继续追,而当他追到乌龟爬的这10米时,乌龟又已经向前爬了1米……只要乌龟还在爬,刘翔永远也追不上乌龟!
“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。”我们当然知道刘翔能够捉住海龟,跑步者肯定也能跑到终点。
类似刘翔追上乌龟之类的追赶问题,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刘翔永远也追不上乌龟呢?
问题出在这里:我们在这里有一个假定,那就是假定刘翔最终是追上了乌龟,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。而无穷个步骤是难以完成。
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。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。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。
《庄子·天下篇》中也提到:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”
飞矢不动:一根箭是不可能移动的,因为箭在其飞行过程中的任何瞬间都有固定位置,则可知一枝动的箭是所有不动的集合,所以可导出一根箭是不可能移动的。中国古代的名家惠施也提出过,“飞鸟之景,未尝动也”的类似说法。
“飞矢不动”中的“矢”指的是弓箭中的箭。正常的射箭,只要箭离了弦,就能飞出去。但是,芝诺说,射出去的箭是不动的,因此是不能够到达另一个位置的。截取“飞矢”的每一个瞬间,它在空中都是“静止”的。既然每一个瞬间都是静止的,所有的瞬间加起来也应该是静止的,所以,“飞矢”是“不动”的。
“飞矢不动”这个悖论最关键的地方,是所谓“瞬间”。理论上的物理学“瞬间”意思是时间长短为零。而在实际中,时间长短永远不可能为零。
简单来说,“芝诺悖论”的错误就在于,他将无穷小彻底等同于零。无穷小等于零之后,再怎么相加、累积,最终的结果当然都是零,所以得出推论“飞矢”是“不动”的。但是,真正的概念是无穷小只是趋近于零,无穷个“趋近于零”的无穷小相加、累积之后,就会有一个确切的值。
以现实的态度理解“瞬间”这个概念就行。假设芝诺所说的“瞬间”可以用照相机拍下来,只要曝光及快门速度正确,每一张照片里,飞行的箭似乎“确实”是“不动”的。但是,这正是造成我们错觉的所在。不管照相机多么先进,不管高速摄影快门速度多块,现实之中,它永远不可能是零。
“芝诺悖论”之所以被称之为“悖论”,他自己也被后世称为“诡辩论者”,是因为他的悖论完全违反常理,但是,人们又不知道如何才能反驳他。
在微积分中有一个重要的概念叫做“无穷小”,数学符号写作“dx”。把无穷小的概念与零混淆,是初学者最容易犯的错误之一,虽然无穷小与零无限接近,但若把两者等同起来,得到的结果将是天差地别,比如出现飞矢“动”与“不动”的矛盾。
我们可以说,“芝诺悖论”在古希腊出现之后,经历了2000年左右,才由牛顿、莱布尼茨等人的微积分学找到了真正错误所在。
以现代物理学的角度来看,芝诺的“无穷小”也是不成立的,如庄子所言:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”,在数学上虽然讲得过去。但严格来说,空间与时间是不能无限细分的,当细分到普朗克尺度时就已经没有现实意义了。
芝诺“以非数学的语言,记录下了最早同连续性和无限性格斗的人们所遭遇到的困难。”芝诺的功绩在于把动和静的关系、无限和有限的关系、连续和离散的关系惹人注意地摆了出来,并进行了辨证的考察。
芝诺因其悖论而著名,并因此在数学和哲学两方面享有不朽的声誉。数学史家F.卡约里(Cajori)说,“芝诺悖论的历史,大体上也就是连续性、无限大和无限小这些概念的历史。”
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