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小球思维实验:如何思考无穷?

科普小知识2022-07-12 16:08:23
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小球思维实验:如何思考无穷?

无限就像数学外衣上的一根线:一旦你把它扯下来,你会发现这根线不仅比你想象的要长,而且外衣在最后也会散开。用不了多久,你就会全身赤裸地站在那里,希望现在你能把所有松散的线重新连在一起,继续快乐,不管有多远。

然而,我们不是这样的人,我们必须抓住这条线索,我们必须进入无限的概念,我们必须真正超越无限。

事实上,让一件事无限期地发生是相当困难的。让我们先试试。首先找到一个盒子,然后找到许多球,用数字1,2,3,4标记这些球...你猜对了,然后我们必须一次一个球地把球放进盒子里。然而,这里有一个特殊的规则。如果把一个平方数的球放进盒子里,你必须从盒子里拿出一个与平方数的平方数相对应的球,并把它放进抽屉或一个安全的地方。

问题马上就来了。1是平方数,但它也是平方根,所以我们只能先把它放进去,然后再取出来。接下来,让我们开始放数字2和3。放好4号球后,必须把盒子里的2号球拿出来放入抽屉。接下来,放入球5到8,放入球9,取出球3。

问题来了:如果这样下去,盒子里还剩多少球?抽屉里有几个球?

结果被宣布了:最后盒子里没有一个球。

为什么?这似乎不合逻辑。事实上,随着游戏的进行,盒子里的球数量会继续增加。每次你有两个选择:[放入1个球/[放入1个球,取出1个球],球的数量要么增加,要么保持不变。但最终所有的球都必须放进抽屉,而不是留在盒子里。

小球思维实验:如何思考无穷?

盒子里什么时候开始没有球了?

每个数都有一个对应的平方数,也就是说,每个数都是一个平方根数,所以最终所有的球都会被放入平方根抽屉。你放入盒子的每一个球都有另一个与之对应的方形球。迟早,这个正方形的球会被放进盒子里。你放进去的球最终会被取出来。理论上,这个盒子是空的,因为没有一个数字太大而不能平方。但是每次我继续,盒子里的球都比抽屉里的多。怎么回事?

我们之所以有这种感觉,是因为在我们的理解中,无穷大的概念就像一个非常大的数字,但是无穷大不是一个数字。在序列中的任何地方都找不到无穷大。每个人似乎都有这样的想法--沿着顺序一直往前走,数十次,再往前走,再往前走,最后数字不会继续,它会结束。在序列的末尾,有一个符号∨,这意味着序列在这里结束。

那不是真的。每一个超级超级超级超级号码,都有一个更大的超级超级超级超级超级超级号码。无穷大不是序列的末尾,无穷大也不是最终的大数。

事实上,无穷大是用来衡量数字的尺度。数列没有头,所以我们说数列是无限的。想象所有的整数,是的,无穷大有这么大。一旦你停止搜索数字序列,开始考虑整数序列;一旦你停止思考某个大的数字,开始思考所有的数字,这个盒子就会是空的。

小球思维实验:如何思考无穷?

有无限多个整数,每个整数都是另一个整数的平方根。不要想把球放进去,拿走球,只需迈出一步:所有平方根的数字都放在抽屉里,所有非平方根的数字都留在盒子里。最后,盒子里没有一个球。

我们的问题主要在于这样一个事实,即凭直觉判断无限似乎不合逻辑,我们不知道从哪里开始。也许是因为我们的大脑不喜欢处理高维信息,但至少我们可以处理低维信息。人类的大脑愿意处理有限的数字,但是一旦它遇到无限的概念,发生的一切都变得完全违背人类的直觉。如果你理解有限的数字,你就不能理解无限,就像你能理解三维形状,但不一定理解四维形状一样。当面对无限的概念时,我们对有限数字的热爱只会让我们感到虚假的安全感。在一个与现实世界无关的世界里,数学逻辑是唯一的指南。

不依靠直觉解决数学问题就像乘潜水艇在海底航行。回到数学的森林,直觉可以引导我们理解我们周围的世界。此时,数学与我们周围的世界直接相关。然而,一旦你下降到深海海底,它将完全黑暗,你什么也看不见,你不知道去哪里。此时,现实世界已经消失,进入了一个纯粹的抽象思维世界。在潜水艇里航行时,你只能依靠仪器的读数。同样,面对无限,我们只能用数学结果来引导。如果我们能保持一丝不苟和严谨的精神,验证每一个步骤,并确保从各种数学工具推导出的所有结论都能得到解决。