飞矢不动

怎样解释“飞矢不动”?飞矢不动(Arrow paradox),它是一个关于运动的不可分性的哲学悖论 。很久以前的古希腊学者就开始思考“运动与静止”的深奥本质 。人类自从有了数学家和哲学家,就一直在思考时间和运动的属性,并为此伤透了脑筋 。其中,有一个早期的数学家和哲学家的团体爱利亚学派(Eleatic School)对我们生活中赋予的时间流逝的种种性质(运动与变化)嗤之以鼻,并认为这些都是幻觉 。他们中的成员之一芝诺(Zeno,前490~前430),就是著名飞矢不动悖论的构造者,他的目的是揭示人们对变化的认识太奇特 。他的“静止的存在才是唯一的”有趣谬论,虽是令人抓狂的悖论,却打开了认识新世界的大门 。一、飞行中的箭是静止的?飞矢不动,在帮助人们思考时间与运动本质方面的成果十分丰硕 。我们可以想象有两支箭,一支刚离开弓弦飞出,另一支箭悬于空中不动(停止在那里) 。现在我们看看第一支箭正好飞到第二支箭上方的那一瞬情形 。这事实上是我们想象一张实时的快照,对那个尚未发明照相技术的时代来说,这个概念真实太领先了 。在那一瞬,我们会看到两支箭停于空中的景象,一上一下,两者都被定格没有运动 。问题在于,现在我们往前挪动至下一个瞬间,当一支箭停在原处不动时,另一支箭是如何知道自己要动呢?尽管两者完全不同,但我们在时间凝固的那一瞬,看不出两者的区别 。如果把飞行的这段时间分成无穷多个瞬间,我们发现这支箭在每一个瞬间都有一个固定的位置 。假设用摄像机拍下这段视频,我们发现这段视频可以分成无数画面,而每一帧(即每一瞬),这支箭都是静止不动的 。于是芝诺提出:既然箭在这个飞行过程中的每个瞬间都没有动,且都有一个暂时的位置,那么整段时间中它在每一个暂时的位置上和不动没有什么区别 。这支箭也就没有动 。二、箭在瞬间果真没有运动?飞矢不动悖论有不同的表达方式,那么芝诺最初的思想是什么呢?他以后的哲学家辛普里丘(Simplicius)对此的观点表述得更清楚些:如果箭在整个飞行的时间中都在运动,那么在其中的每个瞬间它也是运动的;在每个瞬间,箭占据的空间等于它自身的大小;如果箭在一瞬间占据的空间大小和它自身相等,那么在一瞬间它不处于运动状态;所以,从3和2得出,箭在整段时间的任意瞬间都不是在运动;所以,从4和1得出:箭在整个飞行时间中都没有运动 。这里的一切都依赖于“瞬间”的意思 。芝诺表示,时间是由瞬间组成的,因为瞬间不可分,瞬间里才没有运动 。但是,假如时间是连续的,瞬间就不再具有上述悖论的成立所需要的独立存在性 。因此,对飞矢不动悖论的解释是:箭在每个瞬间都不动这一事实不能说明它是静止的 。运动与瞬间中发生什么无关系,而是与相邻瞬间之间发生什么有关 。如一个物体在任何相邻瞬间在相同的位置,那么它就是静止的;反之它就是运动的 。时间在瞬间与瞬间之间是光滑连续的,这也是牛顿微积分所体现的思想和概念 。现代物理学认为,区别看似不动的两支箭在瞬间哪一支才是运动的 。其本质是,具有动量或动能的在运动,动量或动能为零的就是不动的 。爱因斯坦的狭义相对论还认为,两者观察地面上时钟的方式也是不同的 。三、辩证与思考自从芝诺悖论被提出,针对其观点的争议一直不断,根本原因是关于时间、运动和空间变化的属性没有共识,而且有关运动的观念存在两种错误的倾向:相对主义诡辩论:夸大绝对运动而否定相对静止,如人连一次也不能踏入同一条河流 。形而上学不变论:夸大相对静止而否定绝对运动,如飞矢不动 。运动是绝对无条件的,而静止是相对有条件的、是特殊的运动 。在群星璀璨的古希腊先哲中,芝诺无论如何都算不上耀眼的角色,但他的众多悖论却困扰了人们长达2000多年 。尽管人人皆知芝诺的命题是错误的,但由于它的推理过程不仅严谨,而且合乎逻辑,以至长期以来竟没有人真正讲清它们到底错在哪里 。柏拉图(Plato)曾嘲笑芝诺只会耍一些小聪明,现在看来,恰恰相反,这些悖论是不折不扣的大智慧 。飞矢不动犯了什么错误飞矢不动如何用数学、物理解释?(应邀回答)(小石头不懂物理,所以仅站在数学的角度回答这个问题!)建立数学模型如上图,飞矢看做一个质点 A,设定 A 在 时刻 0 从X 轴 原点 0 离弦出发 ,沿着 X 轴 正方向 直线运动,最终 在时刻 1 射中位于 X 轴 单位点 1 处的靶心,我们忽略重力只考虑空气阻力,因此 A 在空间I = [0, 1] 和 时间 T = [0, 1]内进行了 非匀速直线运动 。设,函数 x: T → I 为 A 的运动轨迹方程,于是,对于任意给定 时刻 t ∈ T,可得到 A 所处的位置点 x(t) ∈ I 。又令, 函数: μ(a, b) = |a - b| 用于测量 任意两个空间(或 时间)点 a, b 之间的距离(或 时间间隔) 。任意选取 T 中两个时刻 t,t? ( t ≤ t?),则定义 A 在 时间区间 [t, t?] (或 空间区间 [x(t), x(t?)] 内的 平均速度 为:V =μ(x(t), x(t?)) / μ(t, t?)当 t? 无限趋近于 t 时,平均速度 V 的极限:v = lim_{t?→ t } V就是 A 在 t 时刻(或 x(t) 处) 的 瞬时速度,记为 v = x'(t) = dx/dt 。飞矢不动悖论虽然,我们从以上数学模型中,得到了 A 在 t 时刻 上 的瞬时速度 v 肯能不为 0,但是由于 t 时刻 上时间间隔为:μ(t, t) = | t - t | = 0因此,A 在 t 时刻 上 运动的距离s = v μ(t, t) = 0,即, A 没有移动 。这也符合 空间 点 x(t) 的大小为 0 的数学定义,即,μ(x(t), x(t)) = 0 。


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