思考永生问题时,想到一个“相对论永生”的概念:如果一个人向黑洞滑落,由于越接近黑洞的事件视界(光线不能逃逸的边界),时间流逝越慢,在地球上的观察者看来,这个人会逐渐冻结在事件视界附近,他滑落到事件视界的时间是无穷大。所以在地球人看起来,这个人已经实现了永生(理想实验,不考虑引力潮汐造成的死亡等问题)。
这个概念乍一看很像古希腊哲学家芝诺提出的阿基里斯(Ἀχιλλεύς Achilles)追不上🐢的悖论:阿基里斯是古希腊第一勇士,跑得最快,追一只领先他一段距离的🐢,这个初始距离用 A 代替。当阿基里斯追上了第一段距离 A,🐢又往前跑了第二段距离 B;阿基里斯往前追了一段距离 B,🐢往前跑了一段距离 C。这样无限循环,阿基里斯永远也追不上🐢。
本文是关于这两个概念的讨论,和一些引申话题。
特别说明:本文很多结论来自芝诺的悖论和从巴门尼德到康德—漫谈理性主义哲学。
先来看相对论永生,这个只是看起来比较神奇,但因为大家对相对论有普遍的认知,都知道时间流逝的速度在引力不同的地方有区别。仔细思考之前,可能会觉得这个人会立马被黑洞吸进去,用公式分析过后,就知道跌落的时间是无穷的。
再来看阿基里斯追不上🐢,我们的日常经验告诉我们肯定追得上,经过芝诺这么一通分析,就追不上了。跳出来看,芝诺为阿基里斯增加了空间限制,只能不断达到🐢走过的距离,阿基里斯需要无限次追击,在这个限制之下追不上。
关于追不上🐢悖论,如果按照芝诺的思路,用现代数学的解决方式是无穷级数求和。设初始距离为
阿基里斯的速度为
🐢的速度为
那么,阿基里斯追上初始距离花费的时间为
这个时候🐢往前走了
也就是
阿基里斯追上第二段距离花费的时间为
也就是
同理,阿基里斯追上第三段的时间为
以此类推,阿基里斯无限接近于🐢的时间为
这是个无穷级数,同时是个等比数列,由于系数小于 1,所以是收敛的,利用等比数列的求和公式可得:
和初中生利用追击公式计算的结果相同。尽管芝诺将这个追击的空间划分为无限个,追击时间也是有限的,阿基里斯能在有限的时间内追上🐢。
高等数学诞生很久之前,古希腊的亚里士多德(Aristotle, 384BC – 322BC)在《物理学》中就给出过一个非常漂亮的反驳。他发现芝诺只对追击的空间做了无限细分,形成了无限个追击过程,但是没有对时间做无限细分,就断言在有限的时间内无法走过无限个细分的空间距离,如果考虑用被细分为无限片段的时间去匹配无限片段的空间,就可以消除这个断言。亚里士多德的这种对时间同样做无限分割的思路可谓“以子之矛,攻子之盾”,是高招。
亚里士多德还指出,对于时间、空间等连续之物,谈论它们的“无穷”时需区分两种含义:一种是分割意义上的无穷,另一种是延伸意义上的无穷,芝诺混淆了两者所以给出了错误的结论。这种表述与无穷级数的表述异曲同工:“分割意义上的无穷”相当于项数无穷,“延伸意义上的无穷”相当于结果无穷。
其中一些原因是:人类的语言中有不严谨的地方;用语言描述的论证中也往往有逻辑的不合理跨越。比如追不上🐢的悖论中,芝诺混淆了两种意义的无穷,并由过程的无穷直接推论到时间的无穷。
生活中常见一些简单“悖论”,比如“一个去银行取钱的人 A,遇到了另一个去银行存钱的人 B,A 对 B 说:‘你直接把钱给我,这样我们就都不用排队了。’”。凡事都得深入想想,才能消除误区。
芝诺的这些悖论,绝不是幼稚之论,更不是普通的诡辩,不仅能把普通人绕进去,也引得每个时代的哲学家深入思考。从数学角度讲,芝诺表达的是对无穷的困惑。英国哲学家怀海特(Alfred North Whitehead,1861—1947)曾经评价,虽然所有人都不认同芝诺的结论,但“每个世纪都认为他值得反驳”,这就非常了不起,因为“文字能被每个世纪所反驳乃是成就之巅峰”。
在引入背后的哲学思想之前,简单探讨下芝诺的另一个著名悖论——飞箭不动:一个飞箭(或者其他运动物体)在每个时刻都占据一个确定的位置,因而是不动的。由于时间由时刻组成,既然飞箭在每个时刻都不动,所以在时间段内也是不动的。所以运动是不可能的。
先来用现代的工具分析。现代速度的定义是
计算瞬时速度需要让时间趋近于 0。芝诺讨论的是时刻,直接让时间等于了 0,这样距离也是 0,并且他定义了 0 / 0 的结果为 0,这在数学上是没有意义的。
亚里士多德对这个悖论也做过反驳:谈论物体的运动或静止,需要依据其在某一个时刻与前一个时刻的比较来确定,芝诺只谈论一个时刻,这样是无法讨论运动问题的。这与现代速度的定义也是异曲同工。
感叹一句,大师就是大师。
芝诺(Zeno,约 490BC – 约 430BC)最为后世所知的就是他的一系列悖论(Zeno's paradoxes),据说他在已经遗失的著作中记录了四十个悖论。少数几个悖论在柏拉图、亚里士多德的著作中引述得以传世。芝诺提出这些悖论是为了支持其老师巴门尼德“运动不存在”的论断。
巴门尼德(Parmenides,约 515BC – 445BC)是古希腊哲学家,有一部著作《论自然》的残篇存世,哲学观点主要有二:
巴门尼德进一步推导出存在的若干性质,其中包括存在是唯一的,并且无边无际没有止境,完全不运动不变化。由于我们每个人都能感觉到运动,所以巴门尼德干脆宣称如果他的理论有悖于感觉,那么说明感觉是虚幻的。这就是完全地重思辨轻实证。大家普遍觉得这种学说很荒谬。
后续笔者会专门写文章介绍巴门尼德的论证过程。
65 岁的时候,巴门尼德带着弟子芝诺到雅典,见到了 19 岁的苏格拉底(Socrates, 470BC – 399BC),对后者提出了很多犀利的无法回答的问题。苏格拉底的弟子柏拉图将发生的对话整理成对话录《巴门尼德》,其中苏格拉底揶揄芝诺为“巴门尼德第二”,算是对其荒谬的“称赞”。
阿基里斯也有很多有意思的事情。他是古希腊神话中色萨利国王和海洋女神忒提斯(Thetis)的儿子,是半神。出生时,母亲抓着他的脚踝放入冥河中浸泡,使他几乎变得坚不可摧。同时,他有着强大力量与战争智慧,是希腊第一勇士,在某些版本的神话中,他是跑得最快的人,所以出现在芝诺的悖论中和🐢赛跑,以增加戏剧性。
由于阿基里斯在冥河时是被抓着脚踝浸泡,所以脚踝成了他的唯一弱点。在特洛伊战争中,阿基里斯是攻城的一方,特洛伊王子受太阳神阿波罗指点,射中了他的脚踝,致其身亡。所以阿基里斯之踵用来表示致命的弱点。
吐槽一下,这活儿干的真糙啊,就不能再浸泡下脚踝!