他講了個烏龜賽跑的故事,引發數學界恐慌,2000年後才被牛頓解決

人類是在不斷的質疑中獲得進步的,而每一次問題的發現,都會給人們的生活帶來巨大的改變。而這樣的情況,在各行各業中都有所體現,比如數學領域便是如此。數學是一片充滿了理性的世界,也是一片充滿了抽象性的世界,因此令普通人感到非常晦澀難懂。

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但是不可否認的是,數學上的進步,能夠給人們帶來巨大的幫助。而這,便是人們研究數學的意義。在數學領域中,一共出現過三次數學危機,而今天本文討論的重點便是第二次數學危機。

倘若說起第二次數學危機,就不得不提到一個人,此人名為芝諾,生於意大利半島南部的埃利亞城邦,他是埃利亞學派的著名哲學家巴門尼德(Parmenides)的學生和朋友。

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芝諾曾經提出了一系列關於運動的不可分性的哲學悖論,他說:“運動是不可能的。由於運動的物體在到達目的地前必須到達其半路上的點,若假設空間無限可分則有限距離包括無窮多點,於是運動的物體會在有限時間內經過無限多點。”

為了驗證自己的說法,芝諾還舉了三個例子:

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第一、“阿基里斯追不上烏龜”。

他提出讓烏龜和阿基里斯賽跑,烏龜在阿基里斯前面1000米處開始跑,並且假定阿基里斯的速度是烏龜的10倍。當比賽開始後,若阿基里斯跑了1000米,設所用的時間為t,此時烏龜便領先他100米;當阿基里斯跑完下一個100米時,他所用的時間為t/10,烏龜仍然前於他10米;當阿基里斯跑完下一個10米時,他所用的時間為t/100,烏龜仍然前於他1米……

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芝諾認為,阿基里斯能夠繼續逼近烏龜,但絕不可能追上它,因為阿基里斯總是首先必須到達烏龜的出發點,因而烏龜必定總是跑在前頭。這個論點同兩分法悖論一樣,所不同的是,不必把所需通過的路程一再平分。

第二,“飛矢不動”。

意思是箭在運動過程中的任一瞬時間必在一確定位置上,因而是靜止的,所以箭就不能處於運動狀態。但由於箭要達到每一時刻的固定位置必須存在動能,所以箭必須是運動狀態。

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這個悖論的問題在於,“飛行”的運動,是依賴於兩個時間點的。即從這一刻到那一刻的時間內,這支箭是否移動。另外,中國古代的名家惠施也提出過,“飛鳥之景,未嘗動也”的類似說法。

第三,“操場或遊行隊伍”。

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A、B兩件物體以等速向相反方向運動。從靜止的c來看,比如說A、B都在1小時內移動了2公里,可是從A看來,則B在1小時內就移動了4公里。運動是矛盾的,所以運動是不可能的。



前兩個悖論詰難了關於時間和空間無限可分,因而運動是連續的觀點,後兩個悖論詰難了時間和空間不能無限可分,因而運動是間斷的觀點。說明了希臘人已經看到“無窮小”與“很小很小”的矛盾,但他們無法解決這些矛盾。其後果是,希臘幾何證明中從此就排除了無窮小。

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既然問題產生了,就需要解決,因此在後面很長的一段時間內,人們都陷入了不斷的思考之中,並最終在17世紀晚期,形成了無窮小演算——微積分這門學科。牛頓和萊布尼茲被公認為微積分的奠基者,他們的功績主要在於:把各種有關問題的解法統一成微分法和積分法;有明確的計算步驟;微分法和積分法互為逆運算。由於運算的完整性和應用的廣泛性,微積分成為當時解決問題的重要工具。

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參考資料:《芝諾悖論》、《趣味數學》


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