《莊子·天下》里有一句名言:“一尺之棰,日取其半,萬世不竭。”意思是說,一尺長(zhǎng)的木頭,今天砍一半,明天砍一半的一半,依次每天這樣砍下去,永遠(yuǎn)都砍不完。
有人愛較真:“你怎么取?你有那么小的刀嗎!”
有人講科學(xué):“物質(zhì)并非無限可分割,小于普朗克長(zhǎng)度是不可能的。”
其實(shí)這本身就是一句抬杠的話,是公孫龍等一干辯士懟惠施來的。
惠施說:“至大無外,謂之大一;至小無內(nèi),謂之小一。無厚,不可積也,其大千里......”然后得意地向天下學(xué)人推銷他的理論。可惜這個(gè)理論太超前了,超前到大家覺得惠施就是個(gè)神經(jīng)病,“一尺之棰”論就是用來調(diào)侃他的。連自詡“介于有用與無用之間”的莊周,在圍觀了他們的辯論后,也認(rèn)為“由天地之道觀惠施之能,其猶一蚊一虻之勞者也。其于物也何庸!”說惠施白瞎了那么高的智商,天天整些個(gè)沒用的。
“至大無外,謂之大一;至小無內(nèi),謂之小一”,說的是無窮大和無窮小;“無厚,不可積也,其大千里”,恰好應(yīng)合了積分原理。惠施為天下學(xué)人送來了奔向微積分的馬車,結(jié)果眾人合力把路封了。
顯然古人沒有對(duì)微觀世界的認(rèn)知,公孫龍本著實(shí)證精神提出的這一命題,他自己當(dāng)然是不相信的。但將極限思想引入這一命題后,卻成為一句看似無比正確的話。不過這里面藏著兩重含義,“一尺之棰,日取其半,萬世不竭”,不竭的是“棰”這件東西還是“取”這一動(dòng)作?
拋開量子理論和實(shí)證精神不提,我們還得從數(shù)學(xué)的角度切入這個(gè)話題,“一尺之棰,日取其半,萬世不竭”可以把它轉(zhuǎn)化成這樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式:
上述1/2、1/4、1/8......1/2^n...是個(gè)等比數(shù)列,它的項(xiàng)數(shù)有無窮多個(gè),是謂“取之不竭”,而當(dāng)n趨近于無窮大時(shí),1/2^n趨近于無窮小,無窮小不等于零,則謂其“棰尚未竭”。說它萬世不竭還真沒毛病!
但里面有個(gè)大問題,“萬世不竭”里的“萬世”并不是個(gè)時(shí)間概念,我們不能以此構(gòu)建與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)表達(dá)式。啥意思呢?公孫龍所說的”日取一半“,是個(gè)動(dòng)作概念,與時(shí)間無關(guān),這相當(dāng)于把上面的等比數(shù)列無窮多的項(xiàng)數(shù)從頭數(shù)到尾一個(gè)一個(gè)數(shù),這誰數(shù)得完?“萬世不竭”可以證明的只是“取萬萬次而不竭”,至于“棰”竭沒竭,還是不能輕易下結(jié)論的。
同樣的故事,古希臘的同行們也講過。芝諾二分法悖論:“一個(gè)人從A點(diǎn)走到B點(diǎn),要先走完路程的1/2,再走完剩下總路程的1/2,再走完剩下的1/2……如此循環(huán)下去,永遠(yuǎn)不能到終點(diǎn)。”
“日取一半”對(duì)應(yīng)“走完剩下總路程的1/2”,“萬世不竭”對(duì)應(yīng)“永遠(yuǎn)不能到終點(diǎn)”,看著眼熟吧?意思大體相同,但有個(gè)關(guān)鍵的不同:在芝諾那里我們可以給定這個(gè)人的一個(gè)速度v。
如果是算路程,芝諾二分法悖論可以轉(zhuǎn)化成這樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式:
盡管我們可以證明這個(gè)等比數(shù)列之和的極限為零:
但多出來的那個(gè)無窮小,還是少了些說服力,畢竟無窮小不是零,它的極限才是。
我們換個(gè)思路,不是說永遠(yuǎn)到不了終點(diǎn)嗎?我們來求它的時(shí)間好了:
路程還差一個(gè)無窮小的時(shí)候,所用時(shí)間離1/v也差著一個(gè)無窮小呢!說好的永遠(yuǎn)呢?
我們不妨把芝諾二分法悖論倒過來講,在不到1/v的時(shí)間里,“走完剩下總路程的1/2”這件事發(fā)生了無窮多次。相比起來,公孫龍的“日取其半”還真有點(diǎn)耍流氓的意思。
學(xué)習(xí)過極限運(yùn)算,我們會(huì)知道無窮小和無窮大的乘積,可以是常數(shù),可以是無窮大,也可以是無窮小。“一尺之棰”是個(gè)常數(shù),只要公孫龍不耍賴,它會(huì)被取完的,而且不用萬世。