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芝諾佯謬的物理解釋是什麽,時間有無最小單位?

2020-04-28科學

我在另一個問題下寫過關於芝諾佯謬以及時間和空間是否有最小單位的問題。直接搬運如下:

這個思想實驗跟量子力學的關系並不大,反而是跟廣義相對論的關系更大些。有很多人試圖用所謂的『量子力學中的空間和時間是不連續的』來解釋芝諾悖論,這是不對的。因為 在量子力學中空間和時間都是連續的 ,關於這一點我在另一個問題下的回答中也已經討論過了。

時空確實有可能是不連續的,但那已經超過量子力學的範圍了,要涉及到量子重力理論。

芝諾悖論(以及其他一些類似的悖論)的解決也並不依賴於時空連續與否。它的本質是 參照系的變化 (通俗地理解就是時鐘和尺子的變化)。

在物理學中,當我們要討論一個物理過程時,我們不能含糊籠統地談論一些物理量,因為很多看起來的『悖論』和『矛盾』就來自於模棱兩可的文字遊戲。比如在芝諾悖論中當我們要討論時間的時候,我們就需要先想清楚如何去測量這個時間,換句話說,我們需要先 選定時鐘 。如果選定的時鐘不同,那得到不同的結果是很正常的。

在有些情況下,時鐘選擇的自由度是很大的,比如芝諾悖論的情景下就是。我們可以選擇很直觀的那種『正常』的時鐘,那樣得到的結果就是兔子可以在這個時鐘走過有限時間後追上烏龜。我們也可以選擇以題目中所提到的那種『兔子到達烏龜之前到達過的地點』事件作為構造時鐘的周期性事件,那麽得到的結果就是兔子在這個時鐘走過任意有限時間時都無法追上烏龜。 這兩個看似矛盾的結論在各自的參照系下都是正確的。

在廣義相對論中,還存在與此相關的例子。但在這個例子中,同一個觀察者對時鐘的選擇的自由度就沒有芝諾悖論中那麽高。這個例子就是向黑洞自由下落的小質點:在靜止於黑洞外無限遠處的觀察者看來,這個質點會逐漸趨近於黑洞的事件視界,但永遠也不會在有限的時間內到達並跨過事件視界;但在質點自己作為觀察者看來,它會在有限的時間內到達事件視界並進入黑洞。在這個例子中,籠統地問『質點有沒有進入黑洞』是沒有意義的,只有先確定用的是那個參照系才可以討論質點是否進入了黑洞。

題目中的芝諾悖論也同理。在以題目中所提到的那種『兔子到達烏龜之前到達過的地點』事件作為時鐘周期性事件的參照系中,兔子確實無法在有限的時間內追上烏龜。但在日常使用的參照系中,兔子確實可以在有限的時間內追上烏龜。並不存在真正的『矛盾』或『悖論』。 我們不能脫離具體的參考系去討論物理過程。