飛矢不動如何用數學、物理解釋?

伊藤英明


(應邀回答)

(小石頭不懂物理,所以僅站在數學的角度回答這個問題!)

建立數學模型

如上圖,飛矢看做一個質點 A,設定 A 在 時刻 0 從X 軸 原點 0 離弦出發 ,沿著 X 軸 正方向 直線運動,最終 在時刻 1 射中位於 X 軸 單位點 1 處的靶心,我們忽略重力只考慮空氣阻力,因此 A 在空間 I = [0, 1] 和 時間 T = [0, 1] 內進行了 非勻速直線運動。

設,函數 x: T → I 為 A 的運動軌跡方程,於是,對於任意給定 時刻 t ∈ T,可得到 A 所處的位置點 x(t) ∈ I。

又令, 函數: μ(a, b) = |a - b| 用於測量 任意兩個空間(或 時間)點 a, b 之間的距離(或 時間間隔)。

任意選取 T 中兩個時刻 t, t₁ ( t ≤ t₁),則定義 A 在 時間區間 [t, t₁] (或 空間區間 [x(t), x(t₁)] 內的 平均速度 為:

V = μ(x(t), x(t₁)) / μ(t, t₁)

當 t₁ 無限趨近於 t 時,平均速度 V 的極限:

v = lim_{t₁ → t } V

就是 A 在 t 時刻(或 x(t) 處) 的 瞬時速度,記為 v = x'(t) = dx/dt。

飛矢不動悖論

雖然,我們從以上數學模型中,得到了 A 在 t 時刻 上 的瞬時速度 v 肯能不為 0,但是由於 t 時刻 上時間間隔為:

μ(t, t) = | t - t | = 0

因此,

A 在 t 時刻 上 運動的距離 s = v μ(t, t) = 0,即, A 沒有移動。這也符合 空間 點 x(t) 的大小為 0 的數學定義,即,μ(x(t), x(t)) = 0。

於是,問題就來的:

既然,A 在 T 中每個時刻 t 的都沒有移動,那麼 A 是如何 在 整個 μ(T) = μ(0, 1) = 1 時刻內,產生 μ(I) = μ(0, 1) = 1 的移動呢?

換句話說就是:

既然 A 在 T 中每個時刻 t 的移動的 0,那麼 這些 0 合起來 應該也是 0,但是 為什麼 是 1 呢?

這就是 “飛矢不動”悖論。

飛矢不動的秘密

我們之所以認為飛矢不動有悖論,是因為我們的如下直覺:

0 + 0 + ... = 0 ①

這稱為 可列可加性。具體來說就是:

可列個 0 加起來仍然為 0

但是,我們需要注意的是,這種直覺 的適用範圍:相加的 0 的個數 必須 可列。

所謂可列就是: 可以 排成一條隊列,允許這條隊列是無窮無盡的,就像 ① 等式左邊那樣。

如果,可以將 I 中的每個點 排成一列:

x₁, x₂, x₃ ...

則有(規定 μ([x, y]) = μ(x, y),為了方便令 [x] = [x, x]):

1 = μ(I) = μ([x₁] + [x₂] + [x₃] + ...) = μ([x₁]) + μ([x₂]) + μ([x₃]) + ... = 0 + 0 + 0 + ... = 0

矛盾,悖論成立。

但是實際上是,I 中的點 不能 排成一 列,因為, A 在飛行過程中 形成的 路線 I 是連續的,連續是比 可列 更 緊密的 一種狀態。

連續就意味著我們不能在其中找到漏洞,從而無法再插入一個新的點,而 隊列則可以在任意兩個點之間 插隊。

排成一列就意味著 可以 從頭 一個一個的 數出來,因此,我們也稱 可列 為 可數,同時,我們稱 連續 為 不可數,於是我們說:

只有 可數個 0 相加 才是 0,不可數 個 0 相加 不一定 是 0;

我們的最終結論:

由於 A 的行動路徑 I 中包含的點 不可數,所以,雖然 A 在 每個點 的移動距離 為 0,但是 這些 0 加起來 可以不為 0(事實上 等於 1)。飛矢不動 是 合理的,悖論不成立。

這就是 飛矢不動 的秘密。


古代哲學家想出來的 有些 哲學悖論,在經過嚴謹的數學研究和論證後,都被證明是偽悖論,除了 這裡的 飛矢不動 還有 阿基里斯追龜。


(小石頭,數學水平有限,這裡獻醜了,歡迎各位條友點評。)


思考思考的動物


飛矢不動的意思是說飛箭在某一瞬間必定處在空間上的某一點。飛箭既然在路徑的每一點上都是靜止的,所以飛著的箭實際上並沒有運動。這一說法表達了“動中有靜”的哲理。

好像在動,其實沒動。光有感官經驗還不行,你需要在道理上證明它動,卻證明不出來。希臘人注意到,感覺到的東西不一定是真的。感覺的世界是流變的,"人不可能兩次踏進同一條河流",本質不是感覺世界的,於是巴門尼德說"存在者存在,不存在者不存在。"

飛矢不動是指一系列關於運動的不可分性的哲學悖論,也是芝諾悖論的通稱,指飛著的箭在任何瞬間都是既非靜止又非運動的,是古希臘數學家芝諾(ZenoofElea)提出的,其實是偷換概念,混淆了時間與時刻的概念。


包包談學習


飛矢不動如何用數學、物理解釋。

飛矢不動是指飛矢在某一時刻不動,而它又怎麼移動的?這個問題,在非標準分析建立之前是解釋不了的,但可以用非標準分析來解釋。

如果時間指向某一時刻,沒有時間的流逝,也就是說沒有時間間隔,那飛矢當然是不動的;如果有時間流逝,但時間流逝的間隔小於任何給定的間隔,在非標準分析裡是實實在在存在量—無窮小量ε=1/ω。這樣飛矢移動的量在總的時間間隔為t的時間內,總的位移

s=(v/ω)(tω)=vt。

在數學分析裡,沒有明確無窮小的存在,就是說在實數範圍之內,沒有確切的無窮小量,只有極限等於零的變化量,所以不能解釋飛矢的問題。

而在非標準分析裡,無窮小量是確確實實存在的,所以能把無窮小量單獨拿出來解釋飛矢的問題。


先生8795435236706


其實就是瞬時速度的問題,在古代用形而上學方法論是無法解釋的,近代微積分創立後解決了,屬於辯證法範疇。

簡單來說,就是既動也不動的,那是一個極限狀態,再小的空間、再短的時間也仍然能夠分割(微分),即運動(非靜止)時沒有絕對的時點和空間,物體必定同時在此處又不在此處。


TonyDeng


什麼是運動?運動就是,一,物體在給定的時刻,處在一個給定的位置上;二,物體在不同的時刻,處在不同的位置上。

要解釋運動,這兩句話缺一不可。

而且,這兩句話是相互獨立的,不存在誰包含誰的問題。


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