03.07 人竟然永遠無法追上一隻烏龜?看現代物理學如何破解“芝諾悖論”

曾經有個古希臘的科學家提出了這樣一個問題:一個人和一個烏龜賽跑,人的速度是烏龜的10倍,但是由於烏龜跑得慢,所以讓烏龜在他前面100米處,然後人和烏龜同時開跑。/<font>

這時就會出現這樣的情景:當人向前跑了100米時,人到達了烏龜原來所在的位置,然而烏龜已經爬出去了10米,烏龜還在人的前面;當人又繼續向前跑了10米時,又到達了烏龜所在的位置,而這時烏龜又向前爬了1米,烏龜還是在人的前面!而這樣的過程可以無止境地進行下去,這樣一來,這個人就永遠也無法追上這隻烏龜了!這就是著名的“芝諾悖論”。/<font>

人竟然永遠無法追上一隻烏龜?看現代物理學如何破解“芝諾悖論”/<font>

可這是怎麼回事呢?我們知道,如果真的比賽的話,人一定是可以超過烏龜的,這不容置疑。然而我們上面的推理似乎也很有道理。那人到底是怎樣超越烏龜的呢?/<font>

這個過程其實是一個將距離無限分割的過程,每次人和烏龜的距離都變為了上次的十分之一,卻永遠不會為零。中國古書《莊子》中也有“一尺之棰,日取其半,萬世不竭”的說法,是一樣的思想。/<font>

但是,我們必須在任何時候都應遵循一條基本定律,就是“無限”這個詞在現實中不可能存在。既不會有無限大,如無限大的宇宙;也不會有無限小,如每次都可以切為兩半的方塊。“無限”這個詞僅僅在數學理論中存在,而無法在現實中出現。這樣想來,物質是由不可再分的基本粒子組成,以及宇宙是量子化的,是一種必然的結果。/<font>

那麼,回到本問題。我們來看看人到底是怎樣追上烏龜的呢?/<font>

每次人追上烏龜原來的位置,人與烏龜的距離都變為了上一次的十分之一,然而,這個過程卻不是可以無限進行下去的。以量子論的觀點來看待世界,世界的基本組成元素之一空間也是量子化的,即具有一個不可再分的普朗克長度。這個長度是極小極小的,以至於空間看起來就如同平滑連續的一樣,但這個最小單元卻是真實存在的。/<font>

人竟然永遠無法追上一隻烏龜?看現代物理學如何破解“芝諾悖論”/<font>

這樣,人追逐烏龜的過程就變成了這樣一幅景象:當人跑過了10的30次方個普朗克長度時,烏龜就跑過了10的29次方個普朗克長度;然後人又跑過了10的29方個普朗克長度,烏龜跑過了10的28次方個普朗克長度……如此反覆20多次以後,最終,關鍵的一刻終於來了,人用極短的時間跑過了10個普朗克長度,烏龜跑過了1個普朗克長度。然後呢?下一輪來了,烏龜沒法跑十分之一個普朗克長度了,這個數必須是整數!無限的分割到達了終點!它只能又跑了1個普朗克長度,這是最短的移動距離了,然後人呢?人跑了10個普朗克長度,超過了烏龜9個。/<font>

人在這一刻超越了烏龜!/<font>

然後,人和烏龜的距離就越拉越遠了。/<font>

這樣,我們依靠量子論的觀點解決了這個千古難題,一直追不上烏龜的人終於一腳踩在龜殼上,超越了它,好神奇!/<font>

人竟然永遠無法追上一隻烏龜?看現代物理學如何破解“芝諾悖論”/<font>

說到這裡,還是回到這個問題的核心:這個問題的存在是因為它認為空間是可以無限分割的;而我們拒絕了無限這種東西,設置了一個最小的距離單元,從而打破了這個魔咒,解決了“芝諾悖論”。/<font>

在我們探索宇宙的過程中,拒絕無限的事物,應該是一種基本觀點。而這將讓我們可以更好地理解量子的存在:因為能量也必然不是無限可分的,不要再像量子的發現者普朗克那樣大驚小怪了。/<font>


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