数学史 · 中文镜像

数学家传记

芝诺Zeno of Elea

出生
约公元前490年 卢卡尼亚埃莱亚(今意大利南部)
逝世
约公元前425年 卢卡尼亚埃莱亚(今意大利南部)

芝诺是一位希腊哲学家,以提出所谓的悖论而闻名,这些悖论挑战了数学家对现实世界的看法达许多世纪。

完整传记

关于芝诺的生平所知甚少。我们确实知道他是哲学家,据说他是Teleutagoras的儿子。我们对芝诺的了解主要来自柏拉图所写的对话巴门尼德

芝诺是哲学家巴门尼德的学生和朋友,并在芝诺与他一起学习。埃利亚学派是希腊哲学中领先的前苏格拉底学派之一,由巴门尼德在意大利南部的芝诺创立。他的一元论哲学声称,看似存在的许多事物仅仅是一个永恒的现实,他称之为存在。他的原则是“一切是一”,变化或非存在是不可能的。当然,芝诺深受巴门尼德论证的影响,柏拉图告诉我们这两位哲学家在公元前450年左右一起访问了雅典。

尽管柏拉图描述了芝诺和巴门尼德访问雅典的情况,但这次访问是否真的发生过远未得到普遍接受。然而,柏拉图告诉我们,当时还年轻的苏格拉底在他们访问雅典时会见了芝诺和巴门尼德,并与他们讨论了哲学。根据对这三位哲学家出生日期的最佳估计,苏格拉底当时大约20岁,芝诺大约40岁,巴门尼德大约65岁,所以柏拉图的说法当然是可能的。

芝诺在访问雅典之前就已经写了一部哲学著作,柏拉图报告说,芝诺的书意味着他在访问雅典之前就已经在雅典获得了一定的名声。不幸的是,芝诺的著作没有留存下来,但几乎没有证据表明他写了不止一本书。芝诺在访问雅典之前写的书是他的著名著作,根据普罗克洛,其中包含四十个关于连续统的悖论。其中四个悖论,我们将在下面详细讨论,对数学的发展产生了深远的影响。

第欧根尼·拉尔修 [10]给出了芝诺生平的更多细节,这些细节通常被认为不可靠。芝诺在访问雅典后回到了芝诺,第欧根尼·拉尔修声称他在试图从芝诺城驱逐暴君的英勇行动中丧生。关于他的英雄事迹和在暴君手中遭受酷刑的故事很可能纯属虚构。第欧根尼·拉尔修还写到了芝诺的宇宙论,同样没有关于此事的佐证,但我们将在下面给出一些细节的说明。

根据柏拉图 [8],芝诺关于四十个悖论的书是:-

……这是一部年轻时的作品,被人窃取了,因此作者没有机会考虑是否出版它。其目的是通过攻击关于事物的通常观念来捍卫巴门尼德的体系。

普罗克洛也描述了这部作品,并确认1:-

……芝诺在假设存在多样性和运动的前提下,精心构造了四十个不同的悖论,所有这些悖论显然都基于对连续统进行分析时所产生的困难。

在反对世界包含不止一个事物的观点的论证中,芝诺从这样一个假设出发推导出他的悖论:如果一个量可以被分割,那么它就可以被无限次地分割。芝诺还假设,一个没有量的事物不可能存在。西里西亚的辛普利修斯,即雅典柏拉图学园的最后一位首领,保存了包括巴门尼德和芝诺在内的许多早期作者的残篇。他在六世纪上半叶写作时,解释了芝诺关于为什么没有量的事物不可能存在的论证[1]:-

因为如果它被加到别的事物上,它不会使那个事物变大;如果它被减去,它也不会使那个事物变小。但是,如果它被加到某物上时不能使该物变大,从某物中减去时也不能使该物变小,那么显然,被加上或减去的乃是无。

尽管芝诺的论证并不完全令人信服,但至少正如Makin在[25]中所写的那样:-

芝诺对简单多元论的挑战是成功的,因为他迫使反巴门尼德主义者超越了常识。

芝诺关于运动的悖论更加令人困惑。亚里士多德在其著作Physics中给出了芝诺的四个论证:二分法、阿基里斯、飞矢和运动场。对于二分法,亚里士多德描述了芝诺的论证(在托马斯·利特尔·希思的译本[8]中):-

没有运动,因为被移动的东西必须先到达其路程的中点,然后才能到达终点。

为了穿过一条线段,必须到达它的中点。要做到这一点,必须到达14\large\frac{1}{4}\normalsize点,要做到这一点,必须到达18\large\frac{1}{8}\normalsize点,如此等等ad infinitum。因此运动永远无法开始。这里的论证并没有被众所周知的无穷和所回答

12+14+18+...=1\large\frac{1}{2}\normalsize + \large\frac{1}{4}\normalsize + \large\frac{1}{8}\normalsize + ... = 1

一方面,芝诺可以论证和12+14+18+...\large\frac{1}{2}\normalsize + \large\frac{1}{4}\normalsize + \large\frac{1}{8}\normalsize + ...实际上永远达不到1,但更令人困惑的是试图反向求和12+14+18+...\large\frac{1}{2}\normalsize + \large\frac{1}{4}\normalsize + \large\frac{1}{8}\normalsize + ...。在穿过单位距离之前,我们必须到达中点,但在到达中点之前,我们必须到达14\large\frac{1}{4}\normalsize处,但在我们到达14\large\frac{1}{4}\normalsize处之前,我们必须到达18\large\frac{1}{8}\normalsize处,等等。这个论证使我们意识到我们永远无法开始,因为我们试图从“错误”的一端来构建这个无穷和。确实,这是一个巧妙的论证,至今仍困扰着人类的心灵。

芝诺将二分法悖论和对简单多元论的攻击都建立在这样一个事实上:一旦一个事物是可分的,那么它就是无限可分的。人们可以通过假设一个原子论来反驳他的悖论,其中物质由许多小的不可分割的元素组成。然而,芝诺给出的其他悖论之所以造成问题,恰恰是因为在这些情况下,他认为看似连续的量是由不可分割的元素组成的。这样的悖论就是“飞矢”,我们再次给出亚里士多德对芝诺论证的描述(在托马斯·利特尔·希思的译本[8]中):-

如果,芝诺说,当一切事物占据与自身相等的空间时,要么静止要么运动,而被移动的对象处于瞬间之中,那么移动的箭就是不动的。

这一论证基于这样一个事实:如果在不可分割的时间瞬间中箭移动了,那么这个时间瞬间就确实是可分割的(例如,在更小的‘瞬间’中,箭会移动一半的距离)。亚里士多德通过以下主张来反驳这一悖论:-

……因为时间并非由不可分割的‘现在’组成,任何其他量度也是如此。

然而,一些人认为这与芝诺的论证无关。此外,否认‘现在’作为划分过去与未来的瞬间而存在,似乎也违背直觉。当然,如果瞬间‘现在’不存在,那么箭就从未占据任何特定位置,这似乎也不对。再者,芝诺提出了一个深刻的问题,尽管经过数百年努力解决,似乎仍缺乏真正令人满意的解答。正如Frankel在[20]中所写:-

人类心智在试图准确描述运动时,发现自己面对现象的两个方面。两者都不可避免,但同时相互排斥。要么我们着眼于运动的连续流动;那么我们就无法思考对象处于任何特定位置。要么我们把对象视为占据其路径所引导它经过的任何位置;而当我们的思想固定在那特定位置时,我们不禁要固定对象本身,并让它在一个短暂瞬间内静止。

Vlastos(见[32])指出,如果我们使用速度的标准数学公式,我们有v=stv = \large\frac{s}{t}\normalsize,其中ss是行进的距离,tt是所花的时间。如果我们看某一瞬间的速度,我们得到v=00v = \large\frac{0}{0}\normalsize,这是无意义的。因此可以说,芝诺在这里指出了一个数学困难,直到极限和微分学被研究并置于适当基础之上,这个困难才得到妥善处理。

从上述讨论可以看出,芝诺的悖论在无穷小概念的发展中很重要。事实上,一些作者声称芝诺的悖论是针对那些引入无穷小的人而提出的。阿那克萨戈拉毕达哥拉斯的追随者,随着他们对incommensurables的发展,也被一些人认为是芝诺论证的目标(例如见[10])。当然,柏拉图给出的理由,即捍卫Parmenides的哲学立场,似乎不太可能是芝诺撰写其关于悖论的著名作品的全部解释。

在芝诺的论证中,最著名的无疑是阿基里斯。托马斯·利特尔·希思亚里士多德Physics中的翻译是:-

……跑得慢的永远不会被跑得快的追上;因为追赶者必须先到达逃跑者出发的那一点,所以跑得慢的必然总是领先一段距离。

大多数作者,从亚里士多德开始,认为这个悖论本质上与二分法相同。例如Makin [25]写道:-

……只要二分法能够解决,阿基里斯就能解决。解决方案将是平行的。

与关于芝诺悖论的大多数陈述一样,对于任何特定立场都没有完全一致的意见。例如Toth [29]对这两个悖论的相似性提出异议,声称亚里士多德的评论有很多不足之处,并暗示这两个论证具有完全不同的结构。

柏拉图亚里士多德都没有充分认识到芝诺论证的重要性。正如托马斯·利特尔·希思所说[8]:-

亚里士多德称它们为“谬误”,却无法反驳它们。

伯特兰·罗素在[13]中写道时,肯定没有低估芝诺的重要性:-

在这个反复无常的世界里,没有什么比死后的名声更反复无常了。后世缺乏判断力的最显著受害者之一就是埃利亚的芝诺。他发明了四个无比精妙和深刻的论证,但后来哲学家的粗俗却宣称他只是一个巧妙的魔术师,他的论证全都是诡辩。经过两千年的不断反驳,这些诡辩被恢复,并成为数学复兴的基础……

这里伯特兰·罗素想到的是格奥尔格·康托尔戈特洛布·弗雷格和他自己关于无限的工作,特别是卡尔·魏尔斯特拉斯关于微积分的工作。在[2]中也讨论了悖论与数学的关系,作者得出了与上述引文中Frankel相似的结论:-

尽管它们常常被视为逻辑上的无稽之谈而被摒弃,但也有许多尝试通过数学定理来消除它们,例如收敛级数理论或集合论。然而,最终,他的论证中固有的困难总是变本加厉地卷土重来,因为人类心智的构造使得它能够以两种并不完全协调的方式来看待连续统。

很难确切说出芝诺的悖论对希腊数学的发展产生了什么影响。B L 巴特尔·伦德特·范德瓦尔登(见[31])认为,公元前五世纪下半叶发展起来的数学理论表明芝诺的工作影响甚微。然而托马斯·利特尔·希思似乎察觉到了更大的影响[8]:-

然而,数学家们……意识到芝诺的论证对无穷小是致命的,他们看到,只有一劳永逸地将无穷——甚至潜无穷——的观念从他们的科学中彻底驱逐出去,才能避免与之相关的困难;因此,从此以后,他们不再使用无限增大或减小的量,而是满足于可以随意取任意大或任意小的有限量。

我们在上文评论过,芝诺在10中描述了一种他认为出自芝诺的宇宙论。根据他的描述,芝诺提出了一种由若干世界组成的宇宙,这些世界由“热”与“冷”、“干”与“湿”构成,但没有虚空或空的空间。由于这似乎与他的悖论毫无共同之处,通常认为芝诺弄错了。然而,有一些证据表明,这种类型的信念在公元前五世纪就已存在,尤其与医学理论有关,而且它很可能就是芝诺对爱利亚学派所持信念的表述。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。