《今晚副刊》曾刊登過一篇《芝諾悖論背后的數(shù)學(xué)》,筆者覺得這個(gè)話題重要而有趣,值得進(jìn)一步談?wù)劇?p style="line-height: 25px;"> 公元前5世紀(jì),芝諾提出了阿基里斯追龜悖論:阿基里斯是古希臘神話中跑得最快的人,假設(shè)烏龜?shù)乃俣仁前⒒锼贡寂芩俣鹊?/10,如果請阿基里斯和在他前方1000米處的烏龜賽跑,他仍然追不上烏龜。因?yàn)椋寒?dāng)阿基里斯跑了1000米后,僅到達(dá)了烏龜?shù)某霭l(fā)點(diǎn),這時(shí)烏龜已經(jīng)向前跑了100米;當(dāng)阿基里斯再向前跑100米,烏龜已經(jīng)在阿基里斯前方的10米處;當(dāng)阿基里斯再向前跑10米,烏龜已經(jīng)在阿基里斯前方的1米處……這樣,阿基里斯只能逐漸接近烏龜,卻不能追上它。 阿基里斯不能追上烏龜,這和常理相違背。如何解釋這一悖論呢?
有人用無窮數(shù)列求和的方法解釋,并試圖證明阿基里斯可以追上烏龜。推導(dǎo)過程看似正確,卻犯了兩個(gè)錯誤:一是在推導(dǎo)過程中假設(shè)了結(jié)論(阿基里斯可以追上烏龜)成立,以結(jié)論作為條件推導(dǎo)結(jié)論,犯了循環(huán)論證的錯誤;二是假設(shè)時(shí)間是可以無限分割的,而事實(shí)上在物理世界中不存在可以無限分割的事物,時(shí)間也不可以無限分割,這種無限分割的思想僅存在于數(shù)學(xué)理論中。所以,用無窮數(shù)列求和的方法不能解釋阿基里斯追龜悖論。
阿基里斯追龜悖論,錯就錯在將時(shí)間無限分割,在將時(shí)間無限分割的情況下,阿基里斯當(dāng)然追不上烏龜,此時(shí)時(shí)間停滯,世界靜止了。但在現(xiàn)實(shí)世界中,時(shí)間是不可以無限分割的,世界也不是靜止的。人們將物理世界中的時(shí)間進(jìn)行劃分,將時(shí)間單位劃分為時(shí)、分、秒、毫秒、微秒……但不存在無限小的時(shí)間單位。
芝諾提出的二分法悖論和飛矢不動悖論,同樣是犯了將物理世界中的時(shí)間概念無限分割的錯誤。在17世紀(jì)、18世紀(jì)的第二次數(shù)學(xué)危機(jī)期間,阿基里斯的追龜悖論、二分法悖論和飛矢不動悖論一起成為質(zhì)疑微積分理論中無窮小的有力論點(diǎn)。
雖然芝諾悖論在第二次數(shù)學(xué)危機(jī)期間被廣泛討論,但第二次數(shù)學(xué)危機(jī)的原因是無窮小存在的合理性問題。后來經(jīng)過波里扎諾、阿貝爾、柯西和戴德金等數(shù)學(xué)家的努力,逐步建立起實(shí)數(shù)體系,完善了極限理論,第二次數(shù)學(xué)危機(jī)得以解決。
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