物理四神兽-芝诺的龟

news/2025/3/14 17:16:15/

        古希腊神话中,有个特别能跑的英雄叫“阿喀琉斯”,他和一只乌龟约定赛跑,这只乌龟就是传说中和兔子赛跑的乌龟。

        然而古希腊哲学家芝诺有一个很著名的论证:跑的最快的阿喀琉斯永远追不上跑的最慢的乌龟。他的论证如下:因为开始时间阿喀琉斯是在乌龟的后面,所以阿喀琉斯要追上乌龟,他必须先要到达乌龟的出发点;而当阿喀琉斯到达乌龟出发点时,乌龟必定又已到达更前面的一点。如此无限地重复下去,就是进行无穷多次,阿喀琉斯总是追不上乌龟。

        这里的“无限”和“无穷多次”是什么意思?这就需要提到“芝诺钟”,也叫“芝诺时”:阿喀琉斯把每次到达乌龟上次所在的位置,作为一个重复的过程,这个重复的过程测得的时间称作芝诺时,以t’表示。

        如上图所示,阿喀琉斯和乌龟在开始时相距为L,速度分别为v1和v2,并且v1 > v2。如果用普通的钟计算,则阿喀琉斯将在  t = L/(v1-v2) 时赶上乌龟,当  t > L/(v1-v2) 时,阿喀琉斯就超过乌龟了。图中左边的数字表示的是芝诺时 t':

        当 t'=1 时,阿喀琉斯到达乌龟在 t'= 0时的出发点;

        当 t'=2 时,阿喀琉斯到达乌龟在 t'= 1时的出发点;所以一般地,

        当 t'=n 时,阿喀琉斯到达乌龟在 t'= n-1时的出发点。

        显然,只有当 t'→∞时,阿喀琉斯才能追上乌龟,对于任何有限的t',阿喀琉斯总是落在乌龟的后面。所以芝诺断言:“阿喀琉斯永远追不上乌龟”。这里“永远”的含义是是  t'→∞,即芝诺时间的无限。

        芝诺悖论在于以为 t'→∞无限是无穷无尽的时间,它认为t'→∞之后就没有时间了,故t'→∞相当于永远。实际上这个“无限”是指从t'到t之间,有无限个时间点,或者说时间是流动的,t'→∞后就收敛到t这个点了。芝诺认为,不管时间 t'如何变化,只要还没到达 t 这个时间点,阿喀琉斯就追不上乌龟。

        芝诺悖论,是来源于芝诺时的局限性,它不能度量t之后的现象。

        启示:时间与时间的度量不同,一种时间的度量达到无限之后,还是可以有时间的;反之,一种时间的度量达到无限,从其他的度量看,可能是有限的。


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