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      自然的微積分——時空悖論

      2018-05-28 11:28劉瑋
      中學(xué)科技 2018年4期
      關(guān)鍵詞:芝諾一段距離阿喀琉斯

      劉瑋

      過直線外一點作與已知直線不相交的直線,可能只有一條,可能有無數(shù)條,也可能一條都沒有。每一種可能性都自成系統(tǒng),都能自圓其說,它們分屬于歐氏幾何和兩種非歐幾何。

      浩天看著鵬飛:“兩條直線除了相交和不相交之外還有一種情況——既相交又不相交?!?/p>

      鵬飛驚奇地看著浩天,一時沒有明白他的意思。

      浩天拿起筆在紙上畫了個叉:“你說這兩條直線相交一定有一個公共點嗎?”

      鵬飛:“當(dāng)然了,交叉點既在這一直線上也在另一直線上,這一點就是它們的公共點??!”

      浩天:“直線是由無數(shù)個點排列而成的,這些點之間不會有空隙嗎?怎么能保證另一直線不從這一直線的空隙穿過?這樣的兩條直線看起來相交,但也許并不相交?!?/p>

      鵬飛:“歐幾里得說,‘點是沒有部分的東西,意思是點是不可分割的,不能再小的。它不占據(jù)空間體積,只占據(jù)一個空間位置。點組成直線,它們必定是密集的,一條直線穿過另一條直線,必然要碰到一個點,這個點就是交叉點。”

      浩天:“為什么碰到的恰好是一個點,而不是兩個緊挨著的點?就像打臺球時可以打兩個緊挨的球中間,同時擊中兩球。”

      “臺球是有大小的,點是沒有大小的!”鵬飛有些不耐煩了。

      “那我再問一個問題。”浩天不依不饒,動手在紙上畫一條線,然后拿起一把剪刀將紙剪開,紙上的線被分成了兩段?!凹舻妒前堰@條線剪斷了吧。請問,剪刀是恰好剪到了一個點,還是從線上兩點間的空隙穿過了?”

      “當(dāng)然是剪到一個點上了!”

      “那么請問,這個被剪到的點是被分到了左邊還是右邊,還是粘在了剪刀口上?”說著,浩天還故意向剪刀口上看了看。

      鵬飛哈哈大笑:“好一個浩天,你就是蘇格拉底的翻版啊,不知不覺我就進了你的圈套!”

      浩天很認(rèn)真地說:“不要笑,你給我解釋??!”

      “好吧,我們再去一趟古希臘?!?/p>

      浩天和鵬飛一起通過電腦虛擬幻境又來到古希臘,這次他們來到意大利半島南部的埃利亞。

      街頭有一位英俊的中年男子,身邊圍著許多人,他就是大名鼎鼎的芝諾。浩天和鵬飛悄悄站到了人群中。

      芝諾大聲宣布:“關(guān)于運動,我認(rèn)為是不可能的!”

      人群里馬上有人反駁:“芝諾先生,請問你是怎么從家里來到街上的?”

      芝諾并不理會,繼續(xù)說道:“我請大家思考幾個問題。第一,如果你要從A向B走一段距離,那么你勢必要先經(jīng)過AB的中點C,而你要從A走到C,也必須先到達AC的中點D……如此一直這么推理下去,由于無論多么小的距離總是存在中點,無窮無盡,所以你將無法起步,無法運動起來。”人群靜了下來,都在思考著這個詭異的問題:要通過一段距離,必須要經(jīng)過無數(shù)個中點,真的還就動不了了呢?

      芝諾

      有個年輕人擠到芝諾跟前:“你看好!”說完他從街道的這邊走到另一邊,又走回來。

      芝諾微笑著說:“我用思辨提出問題,你也該用思辨來回答?!?/p>

      年輕人一時無語。

      芝諾:“第二,阿喀琉斯追不上烏龜?!?/p>

      “阿喀琉斯是古希臘神話中善跑的英雄!怎么會追不上烏龜?”人群中有人喊道。

      芝諾:“假設(shè)阿喀琉斯的奔跑速度是烏龜?shù)?0倍,烏龜領(lǐng)先他100?。ü畔ED的長度單位,1浮=1.892米)起跑,他在后面追,但他不可能追上烏龜。因為阿喀琉斯必須先追到前面100浮遠(yuǎn)的烏龜出發(fā)點。當(dāng)阿喀琉斯追了這100浮時,烏龜已經(jīng)又向前爬了10浮,于是一個新的起點產(chǎn)生了;阿喀琉斯必須繼續(xù)追,而當(dāng)他追了這10浮時,烏龜又已經(jīng)向前爬了1浮,阿喀琉斯只能再追這1浮。就這樣,烏龜會制造出無數(shù)個起點,它總能在最后那個起點與自己當(dāng)前位置之間爬出一段距離。不管這個距離有多小,只要烏龜不停地向前爬,阿喀琉斯就永遠(yuǎn)也追不上烏龜!”

      眾人面面相覷,不知如何回答。

      芝諾微笑著對剛才那位年輕人說:“你也可以追一下試試,當(dāng)然一定能追上。但你如何回答我的問題?”

      年輕人撓撓頭:“我確實無法回答?!?/p>

      芝諾:“第三,飛矢不動!設(shè)想一支飛行的箭。在每一時刻,它位于空間中的一個特定位置。由于每個時刻都沒有持續(xù)時間,箭在每個時刻都是靜止的。鑒于整個運動期間只包含時刻,而每個時刻箭都是靜止的,所以飛行的箭總是靜止的,不可能運動?!?/p>

      眾人啞然。

      芝諾呵呵一笑,揚長而去:“運動是不可能的!”

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