数学宇宙
一个苹果切两半,一直这样切下去!这件事其实就是古人对无穷概念的思考。跟这个例子一模一样的就是《庄子·天下篇》中也提到:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”
不过这个切的是木棍,但道理是一样的。而最有名的还当属芝诺悖!假如,一个人以恒定的速度过马路,每次走剩下路程的1/2,也就是先走马路的一半,然后走剩下路程的1/2……就这样一直循环下去,那么这个人是永远不可能达到马路对面的。
为什么会这样呢?其实是芝诺在这个悖论中限制了时间,这个人过马路的速度是一定的,那么它走完每一半的路程所需要的时间就是:1/2+1/4+1/8+1/16……,这个时间的总和会无限地逼近完全走过整条马路所需要的时间。
而《庄子·天下篇》中所说无限分割一根木棍与芝诺对待时间正好相反,庄子的理论可以让时间无限大。但是它们都涉及到了可以将物质或者空间距离无限细分的想法,
而关于无限的概念还有圆周率,我们知道圆周率是一个无限不循环小数,而在数学中这样的无理数有无数个,圆周率只是其中最普通的一个。圆本身就是一个无限的概念,我们知道一个直径为1的圆圈,它的周长其实就是圆周率,那么在数学上一个圆的周长就会无限的接近一个值,但永远不会达到那个值。这也说明组成圆的直线,本身也是一个长短无限的数值。
还有在古时候,刘徽和祖冲之在算圆周率的过程中使用的是割圆术,也就是在一个圆上外接多边形和内接多边形,使得多边形的周长无限的趋近于圆的周长。那么在数学上一个圆是可以无限分割的,但在实际操作中是不可能办到的,而且我们在现实生活中,圆的周长也是确定的。组成圆的材料的长短也不是一个无限的数值。这就是现实和数学上的差距,这也是为什么我们不能造成一个在数学上完美的圆的原因。
在数学上存在无限细分的概念,这是因为数学只是理解现实的一个工具,它不需要受到现实法则的约束。甚至我们可以在数学上构建出更高维度的空间,但是现实生活的宇宙并不需要按照数学概念就发展。而物理却恰恰相反,物理是反应现实一套理论,必须切合宇宙的基本法则。在数学上可以无限细分的时间和空间,在物理上也就是在现实中是不可能办到的。因为我们的宇宙存在最小的单元。
物理宇宙
从古希腊时期人们就一直探索万物的基本组成,从水、火、土、气,到当时认为的不可再分的原子。经过近代科学,我们人类打开了原子大门,发现原子之下还存在亚原子粒子:电子、质子和中子。而原子核中的质子和中子只是复合粒子,它们是由更加基本的夸克和胶子组成的。
这些基本粒子是我们已知最小的物质单元,我们目前没有发现电子还可以再分,而夸克由于存在禁闭,被强力牢牢地束缚在一起,在当前人类所创造的能量下我们并不能让夸克独立的存在很长时间,所以我们无法对其进行研究。而弦理论认为,基本粒子是由一根根携带能量的弦通过不同的振动方式形成的。但目前弦理论并没有得到证实。
不过就算我们不是很清楚夸克和电子之下还有什么,但我们知道宇宙的空间、时间和能量是不连续的,存在最小的尺度和能量单元。最小的一份能量就是一个光子,也称为光量子,它是宇宙中最小的能量形式,而在空间上存在最小的尺度也就是普朗克尺度(1.6×10^-35m),在时间上存在最小的普朗克时间(5.39×10^-44s)。
总结
所以,以现在的物理学看上文中悖论,其实它们根本不符合现实宇宙中的情况,只是数学上的概念,更多的属于哲学上的范畴。就算我们无限的分割苹果,将苹果分割成夸克和电子,甚至是把这重量基本粒子在分,但还是存在最小的能量单元,也存在最小的尺度。所以在数学上讨论的话,想把苹果怎么分都可以,它不会涉及到现实问题,但是真的要操作的话,就必须遵守物理法则。