古希腊埃利亚派哲学家芝诺是一位很有趣的人物。他以提出“两分法”,“阿基里斯追不上乌龟”的悖论问题而闻名于世。在这些悖论中,芝诺否认了物质运动的存在。这本来是荒谬的,但他提出的理由又是那样的雄辩,仿佛无懈可击,以至于在19世纪以前,没有任何人能驳倒他。
正在行走的人从A地出发,要走到X地。首先,他必须通过标有1/2的B点,这刚好是A——X的中心点。然后,他又得经过标有3/4的C点,这是B——X的中心点。接着,从C点出发,在到X之前他仍要经过一个中心点,即标有7/8的D点。从D点出发,他仍然得经过D——X的中心点E……,由此类推下去,无论离X的距离有多么接近,他都得先经过一个个地中心点。然而,我们知道,这些中心点是无止境的,哪怕是微乎其微的距离,也总还有一个地方是这段距离的中心点。正因为中心点是走不完的,所以那个行走的人虽然离终点越来越近,但他始终无法到达终点。
一种观点认为,对一段有限的时空距离的无限分割可以最终完成,虽则没有最后的中点,但在总体上,却可以看成这个分割已经完成了。这种观点在哲学上上叫作实无限的观点。因为无限分割已经完成,所以物走过了所有的中点而到达了终点。而另一种观点则认为,由于不存在最后一个中点,所以这种无限分割不能最后完成,它是一个永无止境的过程。这种观点叫作潜无穷。因为没有最后一个中点,所以物不能到达终点。简单地说,如果时空的无限可分是实无限,物能到达终点。如果时空的无限可分是潜无限,物不能到达终点。
这一悖论在数学上看,错误的原因是误用最小元原理,因为它把最小元原理(非空集合具有最小的元素)强加到实数集合上了,这一原理对于正整数集合是成立的,但对实数集合不成立,例如,并不存在最小的正数。本来就不存在最先到达的那一点(因为没有最小的正数),这个看似违背常识,但“存在最先到达的那一点”这一常识是错误的。我们现实中,遇到的常常是正整数情形,这种情形的性质并不能随意推广到正实数情形。
物理学研究的是客观世界,客观世界不存在“无穷小”的度量,无论是时间、空间、质量、电量、力、能量,都不存在“无穷小”而只有“最小”。也就是说,世界,本质上是离散的而不是连续的。当然,这个“最小”是什么程度,可能还达不到,一些理论的推导也可能并不正确,但这个“最小”的概念是肯定的,而那些由无穷小引出来的连续性的假设,仅仅是一种近似而已。
在单纯的数学上,是可以有“无穷小”、“连续性”这些概念的,这也是数学中最重要的基础概念之一。数学是可以脱离客观世界这些具体的研究对象进行研究,但是,把建立在“无穷小”“连续性”上的数学原理,应用到物理问题上的时候,必须考虑:应用对象是否符合这一条件?符合程度怎样?偏差是否可以忽略?
因此,如果不加甄别,就把那些依赖于“无穷小”概念的数学方法,应用到“客观物理事件”上来,有时候就要遇到麻烦:比如----
芝诺悖论,就是把“无穷小”或“连续性”假设,应用到了并不存在“无穷小”,并不连续的实际物理问题中时,所出现的偏差,这个悖论的实质就是错误地使用了数学工具。