阿基里斯为什么跑不过乌龟?

古希腊有一位哲学家,名字叫芝诺,他提出了一个描述快慢运动之间存在悖论的问题,收录在亚里士多德的《物理学》一书中,这个悖论叫做阿基里斯悖论。

这个悖论是这样的,说有一个人叫阿基里斯的人,和乌龟之间举行一场赛跑,并让乌龟在阿基里斯前头100米,假设阿基里斯的速度是乌龟的10倍,比赛开始,阿基里斯和乌龟同时开跑, 当阿基里斯跑了100米时,乌龟跑了10米,领先于他,当阿基里斯跑了下一个10米时,乌龟仍领先于他1米,当阿基里斯接着跑10米时,乌龟仍领先0.1米......如此循环,这样来看,似乎阿基里斯永远也追不上乌龟,这与我们的常识矛盾,但这个逻辑表面上似乎能成立,明眼上看不出来有什么地方不对,那么问题究竟出在哪里了呢?

不妨先将这个问题简化一下,为了便于计算,假设阿基里斯的速度是10m/s, 乌龟的速度是1m/s,问题变成:在乌龟领先100米的情况下,两人同时起跑,问阿基里斯需要多久能追上乌龟?

这个问题应当能信手拈来,我们一起来计算下:
设:阿基里斯需要s秒能追上乌龟,建立一元一次方程:
10s = 100 + s
解得:s = 10/9s

10/9秒是一个无穷数,用数字表示为:1.11111..... 后面无数个1。

这个时间1.1111.....秒 的由来我们也换一个角度来理解。
当阿基里斯跑了100米的时候,乌龟又跑了10米,用时 1秒。
当阿基里斯跑10米的时候,乌龟又跑了1米,用时0.1秒。
当阿基里斯跑1米的时候,乌龟又跑了0.1米,用时0.01秒。
当阿基里斯跑0.1米的时候,乌龟又跑了0.01米,用时0.001秒。
继续循环,可以看出规律,1秒,0.1秒,0.01秒,0.001秒,阿基里斯下一次到达乌龟所在位置的时间都是上一次所用时间的0.1倍,所以整个的用时可以表示为:
s = 1 + 0.1 + 0.01 + 0.001 + 0.0001 +.....秒

原题说阿基里斯永远也追不上乌龟,永远的意思表示的是无限的时间,永远大于100年,大于1000年,时间无限延续,没有尽头。而我们得到的时间是s = 1.11111...s,那么从这里就可以看出:1 + 0.1 + 0.01 + 0.001 + 0.0001......这些时间的和1.111111....秒并不就等于无穷的时间,而是无限的趋近于一个数。1.1111.....秒绝对不会超过1.2秒,一但时间超过1.2秒,阿基里斯就会追上乌龟。

所以现在可以看到这个悖论的矛盾之处了,错误的将无限个细微的,细小的时间当成是无穷的时间,而实际上,这些时间的总和是不会超过一个定值的。

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