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芝諾悖論

來源:本站原創(chuàng) 文章作者:奧數(shù)論壇 2008-05-07 18:08:22

    阿基里斯是希臘傳說中跑得最快的人。一天他正在散步,忽然發(fā)現(xiàn)在他前面100米遠的地方有一只大烏龜正在慢慢地向前爬。 烏龜說:“阿基里斯! 誰說你跑得最快?你連我都追不上!”阿基里斯回答說:“胡說!我的速度比你快何止百倍!就算剛好是你的10倍,我也馬上就可以超過你!”烏龜說:“就照你說的,我們來試一試吧!當你跑到我現(xiàn)在這個地方,我已經(jīng)向前爬了10米。當你再向前跑過10米時,我又爬到前面去了。

    每次你追到我剛剛耽過的地方,我都又向前爬了一段距離。你只能離我越來越近,卻永遠也追不上我!”阿基里斯說:“哎呀!我明明知道能追上你,可你說的好像也有道理,這是怎么回事呢? ”這個有趣的悖論,是公元前5世紀古希臘哲學家芝諾提出來的。在2 000多年的時間里,它使數(shù)學家和哲學家傷透了腦筋。先看下面的圖

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A B C D E F……

    阿基里斯在A點時,烏龜在B點;他追到B,它爬到C;他追到C,它爬到D,……我們看到,阿基里斯離烏龜越來越近,也就是,AB,BC,CD,……這些線段越來越短,每個都只有前一個的1/10,但是每一個線段的長度都不會是0,這就是說,當阿基里斯按上面的過程去追烏龜時,在任何有限次之內(nèi)他都追不上烏龜。 那么,阿基里斯真的追不上烏龜了嗎? 當然不是。所以會產(chǎn)生上述困難,是因為忽視了一個十分重要的因素:由于那些線段越來越短,阿基里斯跑完那些線段所用的時間也越來越短,下一次只相當于上一次的1/10。 芝諾悖論的關(guān)鍵是使用了兩種不同的時間測度。原來,我們用來測量時間的任何一種“鐘”都是依靠一種周期性的過程作標準的。如太陽每天的東升西落,月亮的圓缺變化,一年四季的推移,鐘擺的運動等等。人們正是利用它們循環(huán)或重復(fù)的次數(shù)作為時間的測量標準的。 芝諾悖論中除了普通的鐘以外,還有另一種很特別的“鐘”,就是用阿基里斯每次到達上次烏龜?shù)竭_的位置作為一個循環(huán)。

    用這種重復(fù)性過程測得的時間稱為“芝諾時”。例如,當阿基里斯在第n次到達烏龜在第n次的起始點時,芝諾時記為n,這樣,在芝諾時為有限的時刻,阿基里斯總是落在烏龜后面。但是在我們的鐘表上,假如阿基里斯跑完AB(即100米)用了1分鐘,那么他跑完BC只要6秒鐘,跑完CD只需 0.6秒,實際上,他只需要1 1/9分鐘就可以追上烏龜了。

    因此,芝諾悖論的產(chǎn)生原因,是在于“芝諾時”不可能度量阿基里斯追上烏龜后的現(xiàn)象。在芝諾時達到無限后,正常計時仍可以進行,只不過芝諾的“鐘”已經(jīng)無法度量它們了。 這個悖論實際上是反映時空并不是無限可分的,運動也不是連續(xù)的。

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