註：原文標題是“阿基里斯與烏龜的悖論解決了嗎？”，URL: 阿基里斯與烏龜的悖論解決了嗎?。這裡將原標題截短了點，因為萬維顯示標題時有字數限制。芝諾詭辯（芝諾悖論）相信大家都知道，簡單地說可以這樣描述：假設阿奇里斯速度是烏龜的10倍，但只要烏龜先跑，阿奇里斯就永遠追不上。比如說烏龜先跑100米，當阿奇里斯跑完這100米時，烏龜已經在阿奇里斯前面10米；當阿奇里斯跑完這10米時，烏龜已經在阿奇里斯前面1米；當阿奇里斯跑完這1米時，烏龜已經在阿奇里斯前面0.1米……因此結論是，儘管阿奇里斯和烏龜之間的距離越來越短，但烏龜卻永遠在阿奇里斯前面。阿奇里斯永遠追不上烏龜。
我記得最開始接觸這個詭辯時被芝諾弄糊塗了，不知如何去駁斥，於是一氣之下去計算阿奇里斯和烏龜跑200米所需要的時間，結果自然是阿奇里斯所用的時間更短，所以結論自然是阿奇里斯能追上烏龜。但同學潑冷水說，你算得是沒錯，但你能說明芝諾錯在哪裡麼？可是那時我就是不能。再後來有了極限的概念，潛意識下就覺得駁斥之諾詭辯是小菜一碟（我想現在大部分人都是我這麼想的吧），自此就不再將它當回事。也就是說，潛意識下我認為芝諾悖論已經解決了。
但真的解決了麼？應行仁先生的這篇科普文章告訴我並非這麼回事，就如同現在的數學中的直覺主義流派拒絕承認 1 = 0.9999999…… 一樣。這是篇不錯的科普文章，不同程度的讀者讀後估計都會有所裨益。 --------------------------------------------------------------------------
芝諾的阿基里斯與烏龜賽跑的故事很有名，在書刊網上多有介紹，有些娛樂節目還依此為題，但大多解答都不得要領，沒有正面回應悖論的挑戰。
芝諾（Zeno
490BC-435BC）生活在古希臘，比孔子略遲，比莊子要早。他的阿基里斯與烏龜的悖論說：跑得最快的阿基里斯永遠追不上跑得慢的烏龜。因為他首先必
須跑到烏龜的起跑點，這時候烏龜已經往前爬了一段路。當他趕上這段路時，烏龜又向前進了一些。如此等等，無論什麼時候阿基里斯追到了烏龜當前的位置，烏龜
在這段時間內又向前爬拉開了距離，這個差距雖然在縮小但一直存在，在這無窮追趕過程中不會是零。因此跑得慢的烏龜永遠領先，無法被超越。
有的人嗤之以鼻，這是謬論！悖論本來指的就是推理的結論與常識相矛盾，卻不能發現邏輯上的漏洞。同樣似是而非的東西，如果一眼就能看得穿，不需要什麼腦筋，
叫“胡攪蠻纏”。如果讓人反覆思考仍不得其解，那就上了檔次，叫“悖論”。悖論的價值在於促進人們思考。它的解決往往帶來的觀念的突破和新的理論建立。
中學讀物里把阿基里斯與烏龜的距離除這兩者的速度差，算出了什麼時候阿基里斯追上烏龜。這點算術知識芝諾同時代人也懂，但這不叫破解悖論。一個悖論有兩個對立面，一邊是常識，一邊是推理。計算只是重申與推理相矛盾的常識是對的。矛盾依然存在。這時破解就要直接面對悖論的邏輯推理，而不是用其他途徑的答案來說明推理的荒謬。
第一個企圖解答是近百年後的亞里士多德（Aristotle 384 BC−322
BC），他解釋：“認為在運動中領先的東西不能被追上這個想法是錯誤的。因為在它領先的時間內是不能被趕上的，但是，如果芝諾允許它能越過所規定的有限的
距離的話，那麼它也是可以被趕上的。” 這句話只是作一個物理學的陳述，搖擺在當時兩個衝突的無窮觀念中，並沒有正面回答芝諾提出的難題。
第二個是公元前212年阿基米德（Archimedes），他把每次追趕的路程相加起來計算阿基里斯和烏龜到底跑了多遠。這問題歸結為無窮級數求和的問題。他用個巧妙的方法算出等比級數的和。說明阿基里斯和烏龜的速度如果成比例的話，整個追趕過程是在有限的長度中。
在這種特例之外的情況，一直到了十九世紀柯西關於收斂性研究後才有了明確的答案。這結果是按照阿基米德的思路和收斂性研究的結果。結論是按照阿基里斯比烏龜快的條件，可能有兩種結果。如果這個追趕的路程相加起來的無窮級數求和收斂，這個過程是在有限的長度中，否則不是有限的。在後者情況阿基里斯確實追不上烏龜。
可以編出一個不收斂的例子如下：烏龜領先阿基里斯1尺，當阿基里斯趕上這1尺時，烏龜又爬了1/2尺，阿基里斯趕上這1/2尺時，烏
龜又爬了1/3尺，阿基里斯趕上這1/n尺時，烏龜又爬了1/(n+1)尺，如此等等。阿基里斯確實比烏龜快，它們的距離每次都在縮短，但確實永遠也追不
上。這個賦值的故事是調和級數求和，結果是無窮大。這時芝諾的推理與事實相符了，悖論成了佯謬，要糾正的是常識而不是推理。我們一般不再考慮這種情況了，
專注於有爭議的收斂情況的解釋。
到了這裡，大家都覺得這個悖論已經被破解了。其實不然。阿基米德的思路確實是沿着芝諾追趕過程的邏輯走。
把這個過程描寫成無窮級數求和的問題，給出整個追趕是在多長的範圍內。芝諾的邏輯說這個差距在追趕的過程中永遠存在，不會是零，所以不會被超越。對應着無窮級數求和是一個逼近的過程，它可以無限逼近它的極限值，但永遠不會達到。因此阿基米德和現代級數收斂計算的結果只是給出了悖論常識一方可能被超越時的邊界數值，而沒有跨過這永遠不會為零的間隙。
在收斂的情況下，阿基里斯事實上能夠達到這個極限點從而超越，這與無窮級數求和只能無限逼近它的極限值仍然構成悖論矛盾的雙方。
到底阿基里斯能不能追上烏龜，等價於這無窮級數求和能不能等於它的極限值。這就要涉及到數學上實無窮和潛無窮的哲學爭論了。
實無窮認為無窮是可以達到的，當阿基里斯追上烏龜時便是這種情況，這時無窮級數的和等於它的極限值。潛無窮認為無窮是一個過程，不是實在的東西。在這個觀點下，無窮級數求和只能不斷逼近它的極限，而不是等於它。這個觀點導致阿基里斯永遠陷在追趕烏龜的過程中。
畢達哥拉斯學派主張1>0.9999... 是贊成潛無窮觀點。用實無窮雖然可以解釋許多結果，但是它的使用產生出很多問題，很多人並不支持。在他以後的亞里士多德傾向潛無窮但在阿基里斯與烏龜的問題上含糊其辭，這時大家對無窮都很頭疼，以後的數學家從歐幾里德開始，都儘量迴避無窮的問題，專注於談得清的有限問題。一直到牛頓和萊布尼茨的微積分，又採用了實無窮的概念，將導數表示為兩個無窮小之比，積分為許多無窮小的加權和，得出豐碩的成果。實無窮的思想回潮和濫用，又產生了很多問題和混亂，以致貝克萊把這些矛盾組合成悖論來反對微積分，導致數學第二次危機。到了魏爾斯特拉斯，他驅逐了實無窮，由潛無窮的概念發展出嚴謹的極限概念，重鑄分析的基礎。百多年後，康托爾又在集合論中將實無窮請回來。在20世紀60年
代，魯濱遜又把無窮小量請了回來，從而建立了非標準分析。數學的直覺主義學派如今仍然反對實無窮。以致希爾伯特感嘆說：“無窮是一個永恆的謎！”
芝諾的阿基里斯與烏龜的悖論的破解，經過兩千多年兜了一圈又回到實無窮與潛無窮的爭論中去。今日人們實用主義地在不同場合分別使用這兩種概念。這當然是一種
未澄清的矛盾狀態。到現在，中外數學，物理和哲學期刊里還不時有着討論實無窮，潛無窮及芝諾悖論的論文。爭論仍然沒有結束。
【後記】（寫於15個評論，點擊1100時） 很高興見到許多跟帖，可惜到現在為止幾乎所有的跟帖都沒有認真跟隨文中的邏輯而急於給出自己的反應。這個悖論的重點是阿基里斯無法在邏輯上超越烏龜而不是在
實際上。這也許因為“芝諾的阿基里斯與烏龜的悖論”太有名了，書刊里充滿了許多淺薄的答案。或者大家基於教科書裡關於極限的知識。幾千年來不少數學家都思
考過這個問題，帶來不同程度的進展，大家也許從來沒有想過初等微積分教科書中實無窮假設的理由和困境。而各種文庫、百科、科普給出的都是不同程度似是而非
的答案。這個有點深度的科普目的是引導大家思考這些困擾着數學大師和哲人難題答案的歷史變遷和現狀。實無窮和潛無窮是哲學上的觀念，在數學上實無窮認為它
是個具體的數學個體，如無窮集合，無理數等。潛無窮不願意把涉及到無窮極限或總體當作是一個數學實體，只承認它是個有限不斷逼近的過程。
關於這個悖論本質的認真討論，較好中文的論文我只找到南京大學現代邏輯與邏輯應用研究所杜國平的文章，有興趣可以參考。注意這是介紹歷史和哲學的論文，不是數學的，其定義和推理也是非數學的。
【1】杜國平 “潛無窮、實無窮探析”《自然辯證法通訊》2009年第3期 http://wenku.baidu.com/view/7634344be45c3b3567ec8b58.html
【後記】（寫於26個評論，點擊1828時） 看了後續的評論，這次深入了許多。我想再說明幾點：芝諾有許多悖論涉及到無窮、分割、速度和運動等概念，它們之間有些是關聯的，但不全是一樣。幾千年來人們
思考這些悖論的進步部分地解答了一方面的困惑，但有些悖論，比如這一個，仍然不斷被征服過後又屹立在那兒。這一個悖論的要點不在時間、空間、可分性方面，
雖然這也是一些人的困惑。但那在他的其他悖論里更突出，其結果帶來了物理學上的進步。而這個悖論的矛盾在於純粹數學觀念上：收斂的級數是不是和它的極限同
一回事？如果是，為什麼？這在最初畢達哥拉斯學派主張1>0.9999...
就爭論過。承認是，又有許多新的矛盾。承認不是，又無法跨越這個間隙。所以教科書就含糊了，以免讓學生困惑。現代數學和科學的基礎並不像局外人想象的那樣
堅固，但科學是在不斷思考和解決矛盾中發展。從事科學的人多用頭腦來思索邏輯比起從書本中翻出答案更有益於做研究。 關於芝諾的許多悖論，斯坦福百科比國內許多刊物更專業一點。注意，他只是把矛盾解釋清楚，並沒有雄心給出答案。http://plato.stanford.edu/entries/paradox-zeno/ |
