古希腊著名的哲学家芝诺,据说是为了维护其老师巴门尼德关于万物为一旦永不变化的学说,提出了一系列反对运动的悖论。这些悖论就算是放在今天,也具有相当大的市场。不过,芝诺的著作均没有完整地流传下来,而其悖论被记载于古希腊哲学家亚里士多德的《物理学》中,共有四个:
芝诺Ⓦ
(1)二分法:运动是不可能的。比如你现在想前进1米,那么你首先得跨过0.5米,但这之前,你必须要跨过0.25米,而这又是以你跨过0.125米为前提的,以此类推,意味着你根本就没办法迈出你的脚!
巴门尼德Ⓦ
(2)阿喀琉斯追龟说:阿喀琉斯是古希腊神话中的神行太保,他与乌龟赛跑,让乌龟先爬一段距离,他再起跑。但是当他跑到乌龟原先所在的点时,乌龟已经向前爬了一段距离;当他再跑完这段距离时,乌龟又已经向前爬了一段距离。如此分析下去,乌龟总是超前一段距离,因此神行太保永远追不上乌龟。
(3)飞矢不动:一支飞行中的箭,在 t = 1秒的瞬间,它具有固定的位置,在 t = 1.01秒的瞬间,它依然具有固定的位置,也就是说,这支箭在每一个瞬间都有其固定的位置,那么它的运动就成为“静止”的集合,故这支箭其实并没有动。这与中国古语“飞鸟之景,未尝动也”有异曲同工之妙。
(4)游行队伍悖论:假设在操场上,在一个最小时间单位里,相对于观众席A,列队B、C将分别向右和左移动一个距离单位。如图所示相对于观众席A,B和C分别向右和左各移动了一个距离单位。
游行队伍悖论图示Ⓢ
此时,对B而言,C移动了两个距离单位。这就有了矛盾,队列可以在一个最小时间单位里移动一个距离单位,也可以在半个最小时间单位里移动一个距离单位。因此半个时间单位等于一个时间单位。
前两个悖论说的是一个意思:假设空间和时间可以无限细分,意味着运动将无法进行。后两个悖论则是另一个意思:即使假设空间和时间不可分,那运动依然是不可能进行的。总之一句话,运动是不可能进行的。
从我们的经验就可以知道,芝诺的观点是错的,但又说不出为什么错了。这便是悖论的迷人之处。芝诺悖论的影响之大,怎么形容都不过分,最为主要的一点是,它让我们第一次开始正视“无穷”这个让人又爱又恨的概念。说爱,是因为“无穷”让我们可以用简单模型逼近复杂模型,比如求曲边图形的面积,并且屡试不爽;说恨,是由于“无穷”那超出常规思维的特性让人捉摸不透、苦恼不已。这个问题的最终解决非一朝一夕之事,要等到近代分析学的建立方能完成。