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芝诺悖论

科普小知识2021-11-20 00:53:33
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阿基里斯是希腊传说中跑得最快的人。有一天,他正在散步,突然发现一只中国乌龟在他面前慢慢向前爬了100米。乌龟说:“阿喀琉斯!谁说你跑得最快?你甚至赶不上我!”阿喀琉斯回答,“胡说!我的速度比你快100多倍!即使是你的10倍,我也能马上追上你!”乌龟说,"就像你说的,让我们试一试!"当你跑到我现在的地方时,我已经向前爬了10米。当你跑在前面10米时,我又爬到了前面。

每次你追上我刚刚呆过的地方,我又向前爬了一段距离。你只能离我越来越近,但你永远也追不上我!阿基里斯说,“哦,天哪!我很清楚我能赶上你,但你说的似乎有道理。这是怎么回事?”这个有趣的悖论是由古希腊哲学家芝诺在公元前5世纪提出的。2000多年来,它一直困扰着数学家和哲学家。首先看下面的图片

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阿、中、英、法……

阿喀琉斯在A点,乌龟在B点;他追着B,它爬到了C;他追赶丙,它爬到丁,...我们看到阿喀琉斯离乌龟越来越近,也就是说,AB,BC,CD,...这些片段越来越短,每一个只有前一个的1/10,但每一个片段的长度不会是0,也就是说,当阿喀琉斯按照上述过程追赶乌龟时,他不可能在任何有限的时间内赶上乌龟。那么,阿基里斯真的没有追上乌龟吗?当然不是。因此,出现上述困难是因为忽略了一个非常重要的因素:随着线段变得越来越短,阿基里斯完成线段所需的时间越来越少,下一次仅是上次的1/10。芝诺悖论的关键是使用两种不同的时间度量。事实证明,我们用来测量时间的任何一种“时钟”都依赖于作为标准的周期过程。例如,太阳每天从东方升起,从西方落下,月亮的圆和圆的变化,一年四季的流逝,钟摆的运动等等。它是人们用来衡量时间的循环或重复的次数。在芝诺悖论中,除了普通的时钟,还有另一个非常特殊的“时钟”,它以阿喀琉斯最后一次到达乌龟到达的位置为周期。

通过这个重复过程测量的时间被称为“芝诺时间”。例如,当阿喀琉斯在第N次到达乌龟的起点时,芝诺被标记为N,所以阿喀琉斯在芝诺总是在有限的时间内落后于乌龟。但是在我们的观察中,如果阿喀琉斯在1分钟内跑完100米,那么他只需要6秒钟跑完公元前,0.6秒钟跑完光盘。事实上,他只需要1 1/9分钟就能追上乌龟。

因此,芝诺悖论的原因在于无法衡量《芝诺时报》中阿喀琉斯追赶乌龟的现象。在芝诺达到无穷大之后,正常的计时仍然可以进行,但是芝诺的“时钟”不再能测量它们。这个悖论实际上反映了时间和空间不是无限分离的,运动也不是连续的。