Стрела, выпущенная из лука, летит по воздуху. Эта стрела определенно движется. Однако в V веке до нашей эры греческий философ Зенон выдвинул следующую пугающую логику:
«Летящая стрела на самом деле неподвижна»
Это не шутка и не софизм, а «парадокс летящей стрелы», который математики и философы всерьез обсуждают вот уже 2500 лет.
Аргумент Зенона
В основе аргумента Зенона лежит понятие «мгновение времени».
- Время состоит из последовательности «мгновений».
- Если мы «сфотографируем» одно конкретное мгновение (точку во времени с нулевой продолжительностью), стрела «находится» в определенной точке пространства.
- В это мгновение стрела лишь «занимает» это место и не движется. (Если бы она двигалась, для этого потребовалась бы не «точка во времени», а «промежуток времени»).
- Это верно для любого мгновения, какое бы мы ни выбрали.
- Если в каждое мгновение времени стрела неподвижна, то когда же она движется?
Интуиция против логики
«Что за чушь. Ведь стрела действительно летит» — такой, вероятно, будет первая реакция большинства людей. Однако указать, в чем логически ошибочен аргумент Зенона, на самом деле чрезвычайно сложно.
Рассказывают, что древнегреческий философ Диоген в ответ Зенону просто встал и начал ходить по комнате, демонстрируя: «Смотри, я двигаюсь». Однако это не является опровержением логики Зенона. Ведь вопрос Зенона заключается не в том, «можем ли мы двигаться», а в том, «можем ли мы непротиворечиво объяснить с помощью нашей логики, что такое движение».
Попытка решения с помощью математического анализа
Математический анализ (исчисление бесконечно малых), изобретенный в XVII веке Ньютоном и Лейбницем, дал (по крайней мере частично) математический ответ на этот парадокс.
В математическом анализе «скорость в определенное мгновение (мгновенная скорость)» определяется следующим образом:
$$ v(t) = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta t} $$То есть скорость определяется как «предел», где изменение координаты $\Delta x$ делится на изменение времени $\Delta t$, а $\Delta t$ стремится к нулю.
Ключевой момент здесь заключается в том, что «мгновенная скорость» — это не пройденное расстояние за нулевой промежуток времени. Это величина, определяемая как «тенденция» мельчайших изменений до и после этого момента времени, то есть как «предел».
Следовательно, ответ с точки зрения математического анализа будет таким:
«Действительно, если вырезать мгновение нулевой продолжительности, ‘внутри’ этого мгновения стрела не перемещается. Однако даже в это мгновение стрела обладает таким свойством, как ‘мгновенная скорость (ненулевое предельное значение)’. ‘Быть в состоянии покоя’ означает, что ‘мгновенная скорость равна нулю’, но поскольку мгновенная скорость летящей стрелы не равна нулю, нельзя сказать, что стрела ‘покоится’».
Оставшиеся философские вопросы
Математический анализ предоставил практическое решение парадокса Зенона, но с философской точки зрения вопрос не был закрыт окончательно.
Концепция «предела» — это всего лишь математический инструмент (вычислительная процедура), который не дает строгого ответа на такие фундаментальные вопросы, как: «чем физически является минимальная единица времени (мгновение)?», «что такое непрерывность?» и «в чем суть движения?»
В современной физике (квантовой механике) обсуждается возможность того, что время и пространство также имеют минимальные единицы (планковское время, планковская длина). И если время является не «непрерывным», а «дискретным (цифровым)», парадокс Зенона, возможно, придется переосмыслить в совершенно ином контексте.
Спустя 2500 лет стрела Зенона всё ещё продолжает задавать нам вопросы: «что значит двигаться?» и «что такое время?».