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芝諾是古希臘數(shù)學(xué)家,提出了一系列悖論以反駁時(shí)間和空間的連續(xù)性和變化問題,比較有名的有追烏龜和飛矢不動(dòng)兩個(gè)。 古希臘傳說中有一位跑的最快的英雄阿基里斯,海洋女神忒提斯和英雄珀琉斯之子。在阿基里斯出生后,忒提斯捏著他的腳踝將他浸泡在冥河斯堤克斯中,使他全身刀槍不入,惟有腳踝被忒提斯手握著,沒有浸到冥河水,是他唯一的弱點(diǎn)。在特洛伊戰(zhàn)爭(zhēng)中被敵人射中腳踝而死。 有一天,阿基里斯遇到了一只烏龜。烏龜對(duì)阿基里斯說:別看你跑得快,你永遠(yuǎn)也追不上我。阿基里斯問為什么呢?烏龜說,你看: 如果阿基里斯在A處,烏龜在B處,同時(shí)出發(fā)。阿基里斯要追上烏龜,首先要追上烏龜先跑的一段AB,但是在這段時(shí)間烏龜也在向前跑,當(dāng)阿基里斯到達(dá)B處時(shí),烏龜已經(jīng)跑到了C處,還沒有追上。雖然此時(shí)BC的距離小于AB的距離。 阿基里斯會(huì)繼續(xù)跑BC這一段,但是這段時(shí)間烏龜也沒閑著,跑到了D處,雖然CD小于BC,但是阿基里斯還是沒有追上烏龜。 以此類推,阿基里斯和烏龜之間的距離只能不斷縮小,但是永遠(yuǎn)都不會(huì)變?yōu)榱?。綜上所述,阿基里斯永遠(yuǎn)追不上烏龜。 這個(gè)悖論的詭辯之處在于:芝諾將一個(gè)追及過程分割成無限多份,但是這無限多份的時(shí)間和距離之和是有限長(zhǎng)。 為了解釋這個(gè)問題,我們把追及過程畫在一個(gè)數(shù)軸上,并且假設(shè)AB之間距離為L(zhǎng),方便起見,設(shè)阿基里斯的速度等于兩倍烏龜速度。 這樣一來,相同時(shí)間內(nèi)阿基里斯運(yùn)動(dòng)的距離就是烏龜?shù)膬杀?。所以阿基里斯走過AB時(shí),烏龜走過的BC段距離為L(zhǎng)/2,阿基里斯走過BC時(shí),烏龜走過的CD段長(zhǎng)度為L(zhǎng)/4... 如果阿基里斯要追上烏龜,需要追及無線多段,將這無限多段加和 我們會(huì)發(fā)現(xiàn),隨著段數(shù)的增加,這個(gè)距離約來越接近2L。如果只有兩項(xiàng),那么與2L相差L/2;如果有3項(xiàng),與2L相差L/4,如果有4項(xiàng),與2L相差L/8...如果有無窮多項(xiàng),阿基里斯走過的總距離就等于2L。 同樣的,設(shè)阿基里斯走過AB段的時(shí)間為t,則總時(shí)間T等于 芝諾把一段有限的時(shí)間和距離分割成了無限多份,是不能得出追不上的結(jié)論的。 實(shí)際上芝諾的這種做法類似于微積分,將一個(gè)過程無限分割,再進(jìn)行累加,這恰好是微積分的基本思想。分割無限多份后越往后的小段時(shí)間和空間越小,稱之為無窮小。牛頓和萊布尼茨提出微積分后,人們發(fā)現(xiàn)了微積分的重要應(yīng)用,解決了許多數(shù)學(xué)和物理的問題。 |
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