物理屆公認跑得最快的動物!你能超過它嗎?

在長達幾千年的科學史上,有一隻稱霸了近兩千年的烏龜,這隻烏龜長相平平,也沒什麼特殊能力,跑得晃晃悠悠,然而卻沒有一個人跑得過他。即便是博爾特、劉翔,也要甘拜下風。很多人聽說過它,也知道最後它是被牛頓牛爵士用

微積分的大刀砍下神壇,那我們今天就來聊聊怎麼用最淺顯易懂的方法來殺這頭烏龜。

物理屆公認跑得最快的動物!你能超過它嗎?

神龜

首先還原下這隻烏龜,它是著名的悖論。假設一隻烏龜在你前面10米,速度為0.2m/s,你的速度是1m/s,請問你要多久能追上它?這麼簡單?小學生都會算!10/(1-0.2)=12.5! 但是我們知道,追上烏龜,是有一個過程的,我們一點點慢慢看。

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課本中的現象

開始後過了10秒,你達到了烏龜出發的那個點,設為A,烏龜此時已經向前跑到前面,設為B點,B是不是在A前面?這個時候,你是落後於烏龜的。

又過了會,你成功跑到了B點,烏龜雖然慢,但跑到了C點,C是不是在B前面?那這個時候,你還是落後與烏龜的。

再過了會兒,你跑到了C點,而烏龜跑到了D點,雖然D和C很接近,但D還是在C前面,如此反覆,你會發現,你竟然永遠在這隻速度只有你五分之一的烏龜後面!

太可怕了!從結果看,你一定能追上它,可是從過程看,你卻永遠追不上。為什麼會這樣?

300多年前,被蘋果砸中頭的牛頓瞬間靈光開竅,宛如智多星附體,一舉創出現在讓無數考生咬牙切齒的微積分學!我們今天知道,把無限次中的每一次分開步驟走的距離加起來,並不是無窮大的。比如題中的10+2+2/5+2/25+2/125+...它們加起來並不是無窮大,而恰好正是小學生算出來的是12.5!

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牛爵士

那不知道微積分的同學該怎麼理解呢?很好解釋,題中我們發現,支持這個理論的最重要的理論是它可以無限次地分割運動,也就是時間可以劃分得無限小。中國古話也有:“一尺之錘,日取其半,萬世不竭。”可是時間真的可以無限小嗎?

要殺這隻烏龜,很簡單,無論多小,只要你能說出一個數來,就能輕而易舉殺了這頭烏龜。比如假定最小時間為一秒,那就不存在0.5秒的說法,這個一秒不能再分割下去,那麼在12秒到13秒的這一秒內,即12秒的時候你還在烏龜後面,但一旦到了十三秒,你就到了烏龜前面,你在這一秒內超過了它!比如你設定最小時間為0.1秒,那麼在這0.1s的起始端和末端,你將超過它!即便是0.000000001秒,只要你說出一個數,在這個數的起始和末尾,你都能超過這隻烏龜。

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時空的不連續性

這就是微積分的本質,也成了一個目前讓無數科學家頭疼的量子力學的基礎!即空間和時間並不是連續的,他們都有一個最小的單元!


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