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浅谈芝诺悖论

2012-12-24 22:31阅读:
研究哲学会疯掉的,随时处于自我怀疑和肯定的混沌状态。越来越相信现实世界更深层次的本质是量子。
浅谈芝诺悖论
摘要:芝诺悖论及其延伸出来的芝诺现象引发了哲学界长期的争论与困扰。悖论中涉及到的逻辑学、数学和物理学等方面的深层次讨论似乎触及到了很多学科的基础,对人们的认识论和方法论产生了一些影响。本文对芝诺悖论已有相关研究进行简要的回顾和分析,浅谈破解芝诺悖论可能的方式。
关键词:芝诺悖论,芝诺现象,逻辑,极限,时空
引言
芝诺悖论(Zeno's paradoxes)是古希腊数学家芝诺(Zeno of Elea,约公元前496—430年)提出的一系列关于运动的哲学悖论。芝诺作为巴门尼底斯(约公元前460年)的门徒,是爱利亚(意大利半岛的南端)学派的主要人物。芝诺的哲学含有辩证法的因素,他第一次企图揭露运动的矛盾,提出了四个违背常识的悖论,后被统称为芝诺悖论。这些悖论给哲学界和科学界以极大的震动,历史上有许多关于芝诺悖论的解析和讨论,似乎没有一个令大家信服的结论,至今仍有学者对其可破解性存在疑问,甚至有人认为在现有的科学理论体系下芝诺悖论是无法破解的,这多少令人有些失望和遗憾,所以有必要回过头来对芝诺悖论的研究进行梳理和再认识,以探寻可能的破解途径。
1.芝诺悖论的内容及其表述
芝诺悖论流传至今有四个论点。通常可简称为“四辩”,即“二分辩”、“追龟辩”、“飞矢辩”和“运动场辩”,它们是芝诺关于运动的悖论体系的一部分。许多学者针对其中的部分或全部论点进行了解析和讨论。
“二分辩”的内容可简单表述为:物体在A、B两点之间不存在运动,理由是想要到达B点必须到达二者之间距离的一半,而要到达一半的距离,必须先到达一半距离的一半,即整个距离的四分之一,以此类推,不停的二分下去,永无止境,物体将永远不能从A点到达B点,因为物体被A、B间距离的无线分割所“阻碍”,导致此物根本不能开始运动。显然“二分辩”之得名正是因为对距离的不断二分而来。
“追龟辩”可简单表述为:阿喀琉斯无法追上在他之前一段距离的乌龟。理由是追
上乌龟之前应该首先达到乌龟之前的位置状态,当达到乌龟之前的位置状态时乌龟在这个过程中又向前移动了一段距离,这样反复下去,阿喀琉斯只能不停地到达乌龟之前到达的位置,也就无法追上乌龟了。将阿喀琉斯和乌龟的情况进行推广,“追龟辩”的一般表述为:运动快的物体永远无法追上在其之前出发的运动慢的物体。
“飞矢辩”可简单表述为:空中的飞箭在任何一个确定的时刻只能占据空间的一个特定的位置,因此在这一瞬间它就静止在这个位置上,而时间是由瞬间组成的,所以飞驰的箭在整个时间段内都是静止着的。其推广的形式为:在运动中,物体的移动既不在其所处的位置也不在别的位置,即运动的物体是静止的。
“运动场辩”用文字表述起来比较复杂和抽象,为了形象地说明该悖论,一般借助图形来进行描述。如下图所示,A、B、C三个完全相同的队列,B列保持不动,A列以速度V向左运动,经过一段时间T,A、B列之间产生一个距离L,此时A2与B1对齐;C列以速度V向右运动,经过一段时间T,此时B、C间产生一个相同的距离L,此时C1与B2对齐。如是有,发生A1和B1之间的距离L与发生A1与C1之间的距离2L所用的时间相等,或者说让A1与C1之间发生L的距离所需的时间一半于A1和B1之间发生L的距离所需的时间。综上,“运动场辩”的一般形式表述为:一段时间和它的一半相等。
浅谈芝诺悖论
2.芝诺悖论理论体系再认识及芝诺现象
深入理解芝诺的以上四个悖论之后我们不难看出,这四个悖论之间有着非常微妙的关联。很多人认为芝诺悖论是一套否定运动或者说运动不可分性的悖论体系。但就这几个悖论而言,作者认为他们并不成体系,至少说不能理解为是否定运动的悖论体系。通过“二分辩”和“追龟辩”的对比不难看出,“追龟辩”的前提其实否定了或者部分否定了“二分辩”,如果用“二分辩”的结论作为前提,就不会有“追龟辩”那样的描述(阿喀琉斯根本不可能运动到乌龟之前所在的位置)。如果说“二分辩”可以认为是对运动的否定,“追龟辩”则不尽然。“飞矢辩”和“二分辩”自身也是矛盾的,后者认为运动和静止是等价的,而后者认为运动不会发生。而“运动场辩”的关注点显然已经不仅仅停留在运动和静止的单一问题之上了,而是对时间进行了“距离”化,进入了另外一个维度。
应该特别注意的是,作者提出以上分析并不是想以此来证伪芝诺悖论,因为这样就恰恰上了芝诺的“圈套”,而是想纠正人们对所谓芝诺悖论体系的认识,它并不是否认运动这么单一的问题,而是对运动、空间、时间等诸多概念的哲学挑战。
总结芝诺的几个悖论,我们可以看出,只要在一个跟时间有关的系统中,如果牵涉到有限时间内,无限多次的操作,都会出现芝诺悖论中的类似情况。此外,在数学的调和级数中,在无穷大、无穷小到有限大、有限小的数学近似时,也经常会出现翻版的芝诺悖论,诸如此类的情况我们统称为芝诺现象。例如,T时刻起,一个皮球从一定高度落下反弹,再不断落下再反弹的过程中,皮球最终在T’时刻静止。如果每次落地反弹后的高度只剩原来的一半,如此反复,那么皮球在T’时刻到底是静止还是反弹呢。再如,两分钟内,不断开关一盏灯。第一次开灯到关灯的时间间隔为T,后一次是前一次时间间隔的一半,那么两分钟结束后灯是开着还是关着呢?这样的问题不仅仅是运动、时间、空间那么简单,似乎涉及到了某个时刻的确定性问题,也就是说在某一个时刻物体的状态也有芝诺现象。诸如此类的问题,甚至引发了量子力学的芝诺悖论。让人觉得可悲的是,有人利用量子力学的理论试图去解释芝诺悖论(也被一些学者认为破解了芝诺悖论),但量子力学本身却也无法逃脱芝诺悖论的困扰。
3.芝诺悖论的解析
“二分辩”中实际上蕴含了等比数列求和、极限和无穷小等数学概念。对距离不断“二分”就产生了无穷小(2-n*L),对每一次“二分”的距离进行求和(2-1*L+2-2*L+…+2-n-1*L+2-n*L)就是A、B间的距离,而这个和是一个无穷等比数列的求和,其结果的表达式为:
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要得到A、B间距离的实际结果就必须对等比数列的求和结果求极限:
浅谈芝诺悖论
在这里,数学只是一种方法,一种用来进行运算和定量/定性描述的工具,让我们能够得到符合实际的求解。无穷不能定量甚至不能定性,数学的运算必须依赖于符号的表达,所以需要对无穷小、无穷大等概念进行定义之后又进行数学方式的表达,这样有了具体的数学格式,就容易求解。在这里不能解释“无穷小”有多小,也不能让人“观察到”求极限时无穷趋近是怎样的过程,因为我们不能“跟随”无穷趋近的整个过程,我们只能取其中一个“瞬间”状态去观察和考虑,只能定义这个“瞬间”状态之后还有无穷,这就给人的感官造成了困扰,无论你如何趋近,后面还有无穷的步骤要进行,这就很容易造成“永远”的概念。这实际上和“数轴上的数有多少个”是类似的问题。所以,从数学理论上来分析,我们只能说,数学体系中的一些概念是要严格基于“信念”的,这种“信念”就是我们对概念本身的严格定义。“二分辩”当中认为“永远不能到达”或者“不能开始运动”在数学上是对无穷小和无穷大进行了时间维度的衡量,并且这种衡量是单方面的,因为只强调了每个“二分之一”距离都需要时间,这些时间看似是无穷的,因为可以无穷的“二分”,但是最致命的问题是没有考虑无穷“二分”距离的同时,实际上对时间也进行了无穷“二分”,没有考虑时间的无穷小。同样也只考虑了距离无穷二分导致的无穷步骤,进而推出了无穷步骤,就等于永远不能完成,这是逻辑本身考虑不全面造成的,要想对时间进行衡量,必须对时间本体进行计算,而不能因为需要时间越来越少的步骤是无穷多项而认为时间得和也是无穷的。“二分辩”在数学上就表现为,无穷等比数列的求和时,其项数是无穷大的,但每一项所需要的时间是越来越少的,所以时间的和是一个具有定值极限的量。综上,“二分辩”的逻辑是片面的。对无穷小、无穷大和极限的概念没有严格的把握,把无穷多个“步骤”等同于“永远”。
“追龟辩”和“二分辩”具有类似的逻辑漏洞。阿喀琉斯追上乌龟前一时刻到达的位置所需要的时间越来越少,乌龟在阿喀琉斯之前的距离也越来越小,这里同样涉及到无穷等比数列求和的问题。在逻辑上二者犯了类似的错误,即只考虑了步骤的无穷多,但没有考虑时间的无穷小,片面的逻辑推理,最后再偷换概念,将无穷的“步骤”等同于“永远”。
“飞矢辩”对物理学的速度、速率、时刻、瞬间的定义没有深刻理解,同样也可归结于数学当中的无穷小和极限的问题。飞矢在任何一个时刻是静止的,其深层次的含义是在这个时刻没有位移。因为速度的定义是:
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即△s=vt,若取一个固定的时刻,即连续时间轴上面的一个点,此时没有时间积累,即△t=0,则△s=0。芝诺悖论的逻辑错误在于将静止等同于速度为零,并将每一个时刻的和等同于时间段,即把一个时间段分为无数个时刻,将时间小量△tdt )偷换概念成时刻ti
“运动场辩”中,如果考虑速度的矢量特性,抑或引入相对运动的概念或者参考系的概念,在物理学上是很容易证伪的。即A、C之间的相对速度是A、B之间的两倍,所以产生A、C间产生2L的位移所用的时间和A、B间产生L的位移所需的时间是一样的,并不会增倍,也就不存在“一段时间和它的一半相等”的“可怕”结论了。但产生“运动场辩”的根源在哪里呢,或者说其逻辑漏洞在哪里?根源还是在于逻辑的混乱,将不同含义的速度,位移和时间进行了反复偷换概念。在这个错误的逻辑里面,最后一步下结论时,芝诺认为产生相同的位移,则时间相等,是用位移偷换了时间的概念。
许多人在研究芝诺悖论的时候,引入了物理时空,数学时空,讨论了时空的不可分性,或许我们应该对有限、无限、无穷小、无穷大、极限等数学概念重新审视。有些概念是理论的基础,这是没有证明的,不能证明,或许也不需要证明。因为任何一个科学体系至少有一个问题是不能证明的,这就需要我们对科学有“信仰”和“信念”,这样才能发展和进步。就像极限在理论上不能用任何有限的概念去趋近,这或许是很多人对数学极限认识的不深刻导致的。我们定义了极限的概念,它的本质是一种趋近,而这种趋近是没有时空概念的,只有最终的结果,而无法定量地去描述趋近的过程,有的人的思维“追随”极限趋近的过程,最后得到永远无法完成的结论。同样,无穷多次是不能用一个巨大数字代表的次数去接近的,因为一旦你选择了一个数,那么在逻辑上已经不在一个层面上了。所以,用有限次的“想象”去解决无穷次的过程,是无法得到一个确定的结果。现实生活中人们往往在考虑无限或极限问题是习惯性地、顽固性地使用有形的、具体的、形象的“有限”去近似,这种近似就导致了人们很容易进入芝诺悖论的漩涡,芝诺悖论或者芝诺现象也就不足为奇了。
4.认识与讨论
自然科学中很多难以定论的深层次问题,抑或利用自然科学自身的知识体系推导出来的悖论,最终都会归结到哲学的高度。虽然很多问题并不影响人们现实生活中的常识和具体“执行”,但会让人们内心产生不安和恐惧,这种不安和恐惧来源于对现实世界认知混沌产生的自我怀疑。正如很多人试图破解芝诺悖论,但最终都试图在自身的数学或物理体系里去对芝诺悖论的结论进行证伪。作者认为,这些证伪虽然可以让大多数人从表面看来,芝诺悖论的错误更加明显,从而“捍卫”了数学、物理的理论基础,但从哲学的角度,这都不是对芝诺悖论的全面破解,甚至根本就不是破解,反而显得芝诺悖论更加强大。因为芝诺悖论本身并没有试图去颠覆数理基础,反而是借用数理概念,利用自身的逻辑系统得出看似符合其逻辑系统但又明显与事实不符的悖论。有些学者甚至认为芝诺悖论与数学危机息息相关,其存在的本质就是数学自身的危机,认为我们现有科学体系是不可靠的,或者说是不完美的,我们不能说这些观点是错误的,但或许已经超出了我们应该讨论芝诺问题的本身。
历史的经验告诉我们,许多学者从经验论、推理论、矛盾论的角度出发试图破解芝诺悖论,但显得非常勉强和无力,甚至有的陷入到哲学怪圈当中无法自拔。用数学、物理学的概念去分析在逻辑上没有区分的话,很容易把数学和物理当中的概念混淆,造成试图攻破悖论,但反而造成了自身认知的怀疑和困扰。有的学者从经典的数学理论和物理理论出发,给出了形式上的证伪。近年来,有人利用量子力学“破解”芝诺悖论之后,却又陷入了量子理论自身的芝诺悖论之中。或许我们应该跳出这些讨论和分析之外,回归对芝诺悖论本身的逻辑系统进行深入的分析,才能从哲学的根本上对芝诺悖论进行破解或者找出真正的问题所在,这或许不是芝诺悖论的具体问题,而是科学和哲学体系的问题。
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