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自然的微積分

2018-09-21 11:12
中學科技 2018年6期
關鍵詞:芝諾鵬飛悖論

本欄目前一期故事中,鵬飛和浩天再次回到古希臘,遇到了芝諾在街頭演說,說什么“運動是不可能的”。芝諾還留下了三個悖論讓人們思考。

眾人一下子不知該如何解決這三個悖論,于是在街頭七嘴八舌地議論起來:

“這個巴門尼德的高足,搞什么怪?很顯然的事實經他一說全亂套了——運動是不可能的?”

“既然運動是不可能的,他怎么走掉了呀?哈哈!”

“一定是邏輯上出了什么問題!”

“是的,運動當然是可能的了!所以我們也可以走了,走吧!回去好好想想!”

人群散去,只留下我們的這兩個外來客。

浩天:“問題出在哪里呢?”

鵬飛:“其實,芝諾自己也無法解決這些悖論。第一個叫‘二分法悖論,一條有限的線段,每次對半分,可以無限分下去;第二個叫‘阿喀琉斯追不上龜悖論,說的也是線段無限可分;第三個悖論‘飛矢不動,認為空間和時間是由一些離散的點所組成,在每一空間點和相對應的時間點上,箭都有一個確定的位置,沒有移動,所以在所有時空點上箭都沒動?!?/p>

浩天:“那芝諾的意思就是說,空間和時間都是無限可分的,都可分成無限小的點,這些無限小的點沒有大小,只占據(jù)一個位置。”

鵬飛:“假設時空都可以看作是由這些不可再分割的無限小的點組成,芝諾還有一個否定這個觀點的悖論沒講。他的第四個悖論是‘運動場悖論。”

鵬飛邊說邊在地上給浩天畫圖。

“假設在操場上,由所謂的無限小的緊挨著的點組成了隊列B、C和觀眾席A,它們正好對齊。現(xiàn)在B、C兩個隊列開始移動,在一個最小時間單位里,B和C相對于觀眾席A分別向右和向左各移動了一個最小距離單位。那么問題來了。相對于B而言,在一個最小時間單位里C移動了兩個距離單位。隊列C既可以在一個最小時間單位里相對A移動一個距離單位,也可以在一個最小時間單位里相對B移動兩個距離單位。也可以說,隊列C在半個最小時間單位里移動一個距離單位。這說明最小時間單位的假設是不成立的,因為它還可以再分。如果說不能再分,結論就是半個時間單位等于一個時間單位。這一矛盾說明時空不是由不可分割的無限小的點組成的,同時也說明隊列是移動不了的,運動是不存在的。”

鵬飛環(huán)視了一下這古希臘的街頭:“知道嗎,還有一位學者叫德謨克利特。他提出,任何事物,包括時空,都是由不可再分的原子構成,這就是‘原子論?!?/p>

浩天:“‘原子論?古希臘人化學水平這么高啊?”

鵬飛呵呵一笑:“德謨克利特的‘原子論所說的原子不是我們所說的原子,而是‘原始粒子的意思。”

德謨克利特認為原子是最小的、不可分割的物質粒子。原子之間存在著虛空,無數(shù)原子自古以來就存在于虛空之中,它們既不能創(chuàng)生,也不能毀滅,任何變化都是由它們的結合和分離引起,它們在無限的虛空中運動,構成萬物。

德謨克利特也是個數(shù)學家,他把原子學說運用到了數(shù)學上,提出數(shù)學原子論:每一個數(shù)就是一個不可分割的原子,空間里的每一個點也是一個原子,時間上的每一時刻也是一個原子。因此,由無數(shù)個點排列成的一條線是有寬度的,不然無數(shù)條線怎么能排成一個面?面也是有厚度的,否則多個面無法堆積成有體積的物體。

鵬飛:“后來,在1803年,英國科學家道爾頓提出物質是由原子構成的。這里的原子是有前提的——化學反應中不變的最小粒子。其實在核反應中,原子是變化的,但這是大約1900年后出現(xiàn)的概念,與德謨克利特的‘原子論不是一回事?!?/p>

浩天:“因此,他們認為物質可以無限分下去,但最終有一個極小的、原始的東西不可再分。”

鵬飛:“但芝諾有一句格言:將一物加在另一物之上而不使其增大,再將它從另一物中減去又不使其減小,那么該物就是無。他反對無窮小這一觀念?!?/p>

浩天:“看來,芝諾這四個悖論是無法用數(shù)學原子論來解釋的。可是我們來的目的——用剪刀剪斷紙上畫的線,到底是斷口上那個點粘在了剪刀刃上,還是剪刀從兩個點之間剪過去了,還是一個點被剪成兩半了?這還是沒有答案??!”

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