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芝诺悖论:阿基里斯与龟
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2022.06.30 海南

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我们今天说一个人,叫芝诺(Zeno),熟悉我们的朋友应该知道,我们之前提过好几次了。

芝诺的生平在历史中缺乏记载,他在当时也并不怎么出名,也没什么可以被后世人所铭记的成就,而人们大多认识他,都是从亚里士多德和柏拉图的著作中开始的。

用一句话来描述的话:

芝诺,是公元前5世纪,生活在古希腊的一个“愿意较真儿”甚至还有点儿“矫情”的哲学家、数学家。据说他还是另一位古希腊哲学家巴门尼德的学生。

总之,芝诺这个人呢,很有意思,他提出过很多 —— 就连他自己都搞不清楚的问题,就称为 —— 芝诺悖论。

这也是我们今天的主题。不过,我们今天分享这些悖论,并不是想要借此说什么规律和道理,我只是觉得这些思考 —— 非常有趣,那我们,当然应该了解了解,不是吗?

就当是逻辑训练好了。如果你在听故事的过程中有了一些思考与启发,那就更好了。

芝诺悖论

芝诺的第一个悖论,叫“二分法悖论”,意思是:如果今天你要从家里到公司,也就是从A点到达B点,啊,这是不可能的!为啥呢?

芝诺说:

  • 如果你今天要从A点到B点,就一定要先经过它们的中点,比如说是C点;

  • 而要想到达C点,则一定要先经过A和C的中点,比如说是D点;

  • 而要想到达D点,那你当然要先经过A和D的中点,比如说是E点;

  • 依次类推.....

你看,这样的中间点在一路上有“无穷多”个,你永远都走不到最后一个“中间点”,也就是说,你永远都到达不了B点。

好,下面我们继续说第二个悖论,

叫“阿基里斯悖论”。

阿基里斯,是古希腊神话中一个善跑的英雄,而芝诺来了一个思想实验,他说:现在,阿基里斯要和一只乌龟赛跑,你说谁赢呢?那肯定是阿基里斯赢了,这还用说吗?

可芝诺说不,如果他俩同时出发,那乌龟确实跑不过阿基里斯,但只要这个乌龟先出发了,那么阿基里斯,就永远都追不上它了。

为啥呢?

为进一步说明这个悖论,

我们来一个假设,

假设阿基里斯的速度是乌龟的十倍。

  • 好,现在阿基里斯起跑的时候,乌龟已经先跑了100米,到达了A点;

  • 那么等阿基里斯到达A点的时候,乌龟肯定又往前跑了10米,到达了B点;

  • 下一刻,等阿基里斯跑到B点的时候,乌龟又往前走了1米,到达了C点;

  • 再下一刻,等阿基里斯到达C点的时候,乌龟也一定又往前走了0.1米,到达了D点;

  • 依次类推......

你看,这也就是说,每当阿基里斯走到乌龟曾经到达的地方的时候,乌龟都往前走了一段距离,阿基里斯和乌龟的距离在不断地接近,却永远追不上。

这两个悖论说得其实是一回事。

听完这两个悖论,你也许会想:这种理论在现实中根本站不住脚啊,阿基里斯要是步子迈得大一点,不就马上能超越乌龟了吗?现实中,我们从家里出发,一步,就不知道迈过了多少个芝诺说的“中间点”,不是吗?

是的,如果我们就从常识和直觉来讲,芝诺的这种话其实根本就不值得去反驳和探讨。

但是,如果按照芝诺的思路去想,

光从理论上,你还真不容易驳倒他。

理论与实践

芝诺生活的时代,是中国的春秋战国时期,我们可以试想,如果当时的芝诺来到了中国讲了他的这些问题,那么当时的士大夫们肯定是不屑于回答芝诺的这种“傻问题”的,因为这些问题“不合理”,芝诺的诡辩显然不符合我们传统上“学以致用”的价值观。

不过,后世的很多欧洲学者们,总有人不断地试图找出芝诺逻辑上的破绽,想要破解芝诺的悖论。

因为他们觉得:既然在现实上阿基里斯是肯定能超过乌龟的,那么一定是理论还不够成熟、有待完善,有一个大漏洞我们还没有发觉。

这种精神非常可嘉,但可想而知,以当时的数学理论基础,还真没人能驳倒芝诺。

两千年来,这个问题欧洲人一直想不明白。直到17世纪,整整两千年后,牛顿发明了微积分,有了“无穷小”和“极限”的概念,才作出了圆满的解释。

我们在这里稍微科普一下这个“极限”的概念,

芝诺悖论的矛盾之处就在于:他把像“A点到B点”这种有限的距离,分割成了无限份,可是这一分割,就引来了另一个问题,那就是:一个东西既然可以被分割成无限份,那么,它还是有限的吗?

举个例子:

比如,一个有限的1小时,可以被分成60分钟,然后再继续分成3600秒,但分到秒,还没有结束,我们可以继续加入“毫秒、微秒、纳秒”这种更小的时间单位继续拆分,也许最后连普朗克时间都能用上。(普朗克时间是10的负43次秒,是理论上人类可观测的最短时间。)但即便如此,人们依旧还是可以继续创造新的时间单位的概念,继续无限地分下去的。

好,那么问题又来了,既然时间可以无限地分下去,那么时间,还是有限的吗?

再比如:

我们小时候上数学课的时候,老师在黑板上画了一条线,说这个线段是由“无穷个点”连接而成的。

好,既然这个线段可以被分成无穷个“点”,那这个线段,还是有限的吗?

而微积分的极限概念,就完美地解决了这个问题。也就是无限分割后的时间、空间、距离的总和 —— 可以是有限的。

芝诺考虑的逻辑,相当于是把多个“无穷小”相加,他以为这个相加的结果,应该是“无穷大”,但事实上,结果是有限的。

这就如同:

1/2+1/4+1/8+1/16 这么加加加,一直加到天涯海角,并不是等于无穷大,而是无限趋近于1,也就是 —— 等于1。

庄子如是说

《庄子·天下篇》里,有这么一句话:

一尺之棰,日取其半,万世不竭。

如果单看这句话,说的其实和芝诺悖论是一个意思,就是说,一个木棍儿,每天取一半,永远都取不完。

但是,庄子说这句话并不是说他的逻辑和芝诺一样,如果我们结合上下文去看,我们就会发现,庄子这句话,是用来批评惠子用的。

惠子,我们也讲过很多次了,他是庄子的朋友,他博学多闻,所著的书都有五车之多,他面对问题愿意穷究事理,是当时著名的雄辩家,是诸子百家中以擅于辩论而出名的“名家学派”的代表人物,可是,这样的惠子每当和庄子对话,就会出现华生和福尔摩斯对话一样的画风。

庄子说:

天下的辩者,都喜欢这样的学说,他们和惠子一样,终日研究这种问题,则终身都没有穷尽,他们能够胜过人的口舌,却不能折服人的内心。这就是辨者的局限。

庄子觉得,先秦百家的各种学术,就像无限分割后的“点”一样,但这些也都只不过是宇宙人生的局部,只是“片面之真”,若只会一味地追求“无穷小的点”,则永远无法认识到“无穷大的道”。

这很像我们以前画画时,老师总说不要抠细节,因为一幅画是整体的,你总要画一会儿,然后站起来后退几步,从远处看看整体,因为所有刚开始画画的人,画着画着,就都会抠细节。

我以前看过一些在佛家以逻辑著称的唯识宗讲佛理的文章,唯识宗的代表人物玄奘法师的观点就和庄子特别像,他也说:物质无穷地分下去,没有必要,因为分到一定程度后,最终剩下的,就是 ——“空”。

这就像物理学里,物质是分子组成的,分子是原子组成的,原子是质子、中子和电子组成的,质子和中子又是由夸克组成的。那么接下来连小学生都会问的问题就是:夸克和电子,又是什么东西组成的呢?

答案是:

现代物理学的标准模型认为夸克和电子是“基本粒子”,而所谓的基本粒子,都是一些“数学结构”,不可再分,也不必再分。

这个其实很好理解:

比如说就现在你正在看的这篇文章,你可以把它分成章节;章节可以分成句子;句子可以分成单词;单词可以分成单个的字和符号。

那请问,像“你、我、他、逗号、句号”,这样的汉字和符号,还可以再分吗?

理论上是可以的,你还可以分成偏旁部首,但再分就没有意义了。单个汉字已经是“最底层的单位”了,它们代表的都是抽象的概念,所以无需再分。

你在那里穷究最底层的抽象概念,比如单个的汉字,那你能理解整篇文章的意思吗?

好,那么最后再留一个思考题:

如果所有东西分分分,分到最后都是“空”,都只剩下了一些抽象的“数学结构”,就像是数字“1”,而这个“1”,在现实世界是不存在的,它只存在于逻辑世界中。

那么问题来了:

如果组成世界的最底层单位都是抽象的数学结构,那这个世界,还算是真实存在的吗?

到这里我只想到一句话,也许你想到的和我一样,那就是:

一切有为法,如梦幻泡影,

如露亦如电,应作如是观。

好,以上就是我们今天的全部内容,

在评论区,留下您的思考吧,

感谢您的阅读,与君共勉。

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