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公元前5世纪,在地中海沿岸的埃利亚城邦,,有一个奇葩提出了这样一个奇葩:
“诸位,如果阿基里斯和乌龟赛跑,谁会赢?”
当比赛开始后,阿基里斯跑了 1000 米,设所用时间为 t,此时乌龟便领先他 100 米;当阿基里斯跑完下一个 100 米时,他所用时间为 t/10,乌龟仍然前于他 10 米;当阿基里斯跑完下一个 10 米时,他所用时间为 t/100,乌龟仍然前于他 1 米……
以此类推,阿基里斯能够继续逼近乌龟,但永远不可能追上它,因为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,只要乌龟不停地奋力向前爬,阿基里斯就永远也追不上乌龟!”
芝 · 杠精鼻祖 · 诺:反驳我!反驳我啊!!!
芝诺是个哲学家,可也是个奇葩。根据资料记载,芝诺出生于公元前490年,逝世于公元前425年,一共活了55岁。要知道,在那个年代,生病的治疗方法基本上只有温泉、草药和放血……他能活55岁已经是超出平均年龄几十年的老怪物了!
而这个老怪物不好好珍惜他“漫长”的人生,反而耗费毕生精力干了一件事 — — 抬杠。
是的,芝诺能够名垂千史,和他的哲学造诣关系倒不是很大。他被历史记载下来的,几乎全是各种悖论。
他大概有四十个不同的悖论,目前仅存约八个,最著名的有四个,分别是二分说、追龟说、飞箭静止说和运动场悖论。比如二分说认为,一个人从 A 点走到 B 点,要先走完路程的 1/2,再走完剩下路程的 1/2,再走完剩下的 1/2…… 如此循环,永远无法到达终点。
有点像“一尺之锤,日取其半,万世不竭”的道理。
然而当时,人们的科学思维还停留在“God bless us”这种层面,自然没有对他的理论做出反驳。
甚至一直到公元14世纪,都有人因为他的理论看起来“无懈可击”而愤怒。巴黎大学的一位神学教授愤怒指责芝诺:“这是魔鬼的诡辩!上帝创造的运动不可能分裂为无限碎片!”
题四个字给他裱起来!
你可能要问了,杠精的乌龟能够被选为“物理学四大神兽”到底是为什么?另外三个可是大名鼎鼎的麦克斯韦妖、拉普拉斯兽和薛定谔的猫啊! 这就要从他的悖论被解答开始讲了。 芝诺的乌龟虽然偏流氓性质,但许多年以来,它激励着人们从哲学、数学、物理学等多个领域对其发起挑战,企图攻破这个流氓理论。 然而结果参考上图那四个大字。
一直到1687年。
这一年,芝诺的乌龟被牛顿的微积分追上来了。数学巨匠莱布尼茨与牛顿共同发明了微积分,然后被牛顿在《自然哲学的数学原理》中发表了出来,至此终于斩断了悖论的枷锁。
牛顿:@芝诺 叫?
牛顿发现,无限分割的时间同样趋于零:虽然追赶步骤无限多,但总时间收敛于有限值:
阿基里斯每段耗时:1秒 + 0.1秒 + 0.01秒 + …
而无限项相加 = 1.111…秒 — — 这就是物理世界追上乌龟的时间。
是的,芝诺的乌龟它引发了人们对时空连续性和无限可分性的思考,让牛顿之前的无数科学家们致力于极限、收敛等概念的研究,为后续的微积分建立奠定了坚实的基础。不得不说,芝诺的乌龟有它自己的辉煌战绩。
理解了这个意义,我们再回头看他的另外两个著名悖论的内容:
飞箭静止说:
芝诺认为,如果任何事物,当它是在一个和自己大小相同的空间里时(没有越出它),它是静止着;
飞着的箭在任何一个时刻也是待在一个地方,在其飞行的每一个瞬间,它都占据着一个确定的空间位置,因此在那一瞬间它是静止的。
既然箭在任何时刻都是静止的,那么在整个飞行过程中,箭头实际上是始终静止的,即飞着的箭其实是不动的。
运动场悖论:
假设有三列队伍 A、B、C。A 列静止不动,B 列和 C 列以相同的速度朝相反方向运动。
经过一个时间单位后,相对于 A 列,B 向左移动一个距离单位,C 向右移动一个距离单位,而相对于 C 列,B 向左移动了两个距离单位。
因为经过每个物体的时间是相等的,芝诺认为会得出一半时间和整个时间相等的结论,这显然是矛盾的。
是的,这就是惯性参考系不同导致的概念混淆。现在来看,这些悖论能够被流传下来,并不是没有原因的 — — 如果芝诺再聪明一点(或者不止一点),说不定现在的参考系、坐标系就会以他来命名。