数学的进展伴随着人类文明的进步,但这个看似严谨的学科也曾经历了几次危机,其中最著名的就是芝诺悖论。
然而,在探讨这些危机时,我们也将了解到数学是怎么从危机中迈出,并不断进步的。

首次危机:无理数的诞生
历史人们对直角三角形的研究引发了首次数学危机。
当他们尝试计算等腰直角三角形的斜边时,发现了根号2这个无理数。
这个数的出现颠覆了古人对简洁自然的认知,因为它不是任何有理数的比值。
这种新的数学概念使人们感到困惑和不安,因为它挑战了他们既有的认知框架。
第二次危机:微积分的困惑
微积分的出现是数学进展的主要里程碑,但也带来了一次危机。
人们在理解微分、积分和无穷时产生了误解。
例如,0.999...和1的关系,引发了人们对无穷的理解偏差。
这种对微积分和无穷的误解持续了几个世纪,直到近年才逐渐被理清。

第三次危机:罗素悖论的挑战
罗素悖论是数学史上的又一次危机。
这个悖论通过一系列反直觉的问题挑战了集合论的基础。
例如,一个理发师宣称他可以给所有不能给自己理发的人理发,但这是否意味着他也可以给自己理发呢?这类问题暗示了集合论中的悖论和矛盾,引发了对数学基础的重新审视。

虽然数学古代上经历了多次危机,但每一次危机都推动了数学的进展。
从无理数到微积分再到集合论,数学在解决危机的过程中不断壮大。
正是通过对挑战的应对和理解,数学得以在不断前行中拓展自己的边界,为人类的认知世界开辟了新的可能性。
芝诺悖论的解释,时间空间分割导致阿克琉斯追不上乌龟
在人们的印象中,乌龟是跑得非常慢的,而射出去的箭是一直在动的,然而芝诺悖论却告诉我们,乌龟即使跑得再慢人也永远追不上,而射出去的箭其实是静止不动的。尽管这颠覆我们的认识,好像完全没有道理,但是如果你真的了解芝诺悖论的解释的话,就会明白它和罗素悖论一样其实是有一定道理的。芝诺悖论的解释著名的芝诺悖论的解释为:“一个人从A点走到B点,要先走完路程的1/2,再走完剩下总路程的1/2,再走完剩下的1/2……”,因此这个人会一直的循环下去,而他也将远远无法到达终点,因为即使他与终点的距离无限小,但是他依然需要花这一段距离的1/2时间来走完,而永远会有下一个二分之一等着他。有人分析认为芝诺悖论是因为规定了时间,所以才会导致整个人到达不了终点,是将空间和时间单独分开才会出现的矛盾,然而在现实中空间和时间往往是结合在一起的,因此芝诺悖论解释并不科学,如果不限定时间每个人必然是可以从起点到达终点的。芝诺认为短跑健将追不上乌龟在芝诺悖论中,他认为著名的短跑健将阿克琉斯也追不上乌龟,而实际上阿克琉斯的奔跑速度是乌龟的10被,他曾是希腊神话中最善于跑步的英雄。加入乌龟在他前面100米起跑,那么阿克琉斯是追不上的,因为当阿克琉斯追到100米时,乌龟早已跑到前面的10米的位置,而这个新的起点就出现了。阿克琉斯需要从新的起点继续追赶在他前面10米的乌龟,但是当他追到10米的位置时,乌龟又往前跑了1米,因此阿克琉斯需要继续追。这样就会导致一个局面,那就是乌龟无论跑得有多慢,它永远会给阿克琉斯制造一个起点,因此阿克琉斯永远也追不上乌龟,而这就是芝诺悖论解释不通的地方了。科学家认为之所以会出现这样的情况,是因为乌龟到达的B点,与阿克琉斯达到B点的时间是不同的,所以阿克琉斯并没有到达过B点,尽管在空间上两个位置是同一地点,但是在时间上却不是,所以才会导致阿基里斯永远追不上乌龟,这样看来即使是博尔特也是跑不过我们平常人的,只要我们在他前面100米跑的话。芝诺的箭悖论曾经芝诺在上课时曾问学生一个问题:“一支被射出去的箭是在动还是不动”。学生回答当然是动的。芝诺表示:“平常人看确实箭是在动的,但是如果将时间划分成一个个的瞬间,那么箭在每个瞬间会有固定的位置吗”,学生表示箭在每个瞬间会有固定位置。而后芝诺表示“在这一瞬间箭是动还是不动”,学生回答这一瞬间箭是不动的,于是得出结论箭是不动的。初看起来这样解释是没有毛病的,因为箭在某个瞬间确实是在空间的某个位置不动的,但是在时间并非固定不变,也并非与空间完全没有联系,因此才会出现这个悖论。芝诺悖论意义可能有很多人会有疑问,芝诺肯定知道阿克琉斯可以追上乌龟,人也肯定可以从A点到达B点,那为何还是会提出芝诺悖论呢?实际上它具有很强的哲学意义,因为现实世界时间和空间是不可分割的,我们考虑问题自然也不能将问题中的各个因素分开来。实际上芝诺悖论是可以用数学语言来解释的,比如微积分中的无限就能解释当一辆车速度无限快到超过光速时,它就会从我们的视线中消失,而要证明车确实从我们面前开过,就需要时间来确定,因此单独将时间和空间分开就会出现悖论。
南非早期古人类牙齿的同位素显示他们很少吃肉
南方古猿七颗采样臼齿之一(StW-148)的手绘插图。来源:uux.cn/Dom Jack,马克斯·普朗克化学研究所(神秘的地球uux.cn)据美国物理学家组织网(Bob Yirka):马克斯·普朗克化学研究所、威特沃特斯兰德大学和普林斯顿大学的一个气候地球化学家团队发现了证据,表明生活在南非的早期人类主要吃素食。在他们发表在《科学》杂志上的研究中,该小组对该地区发现的牙齿化石进行了同位素分析,寻找肉类消费的证据。在过去的几十年里,科学家们一直在寻找历史证据来解释为什么人类会出现直立姿势和大脑大等特征。有一种理论认为,这些特征可能是由于从素食转向肉食而产生的。在这项新的研究中,研究小组通过分析大约350万年前南非人的牙齿化石来检验这一理论。研究人员对43颗化石牙齿的牙釉质上结合的氮和碳同位素进行了分析,这些牙齿都是在南非的斯特克方坦洞穴中发现的。其中7颗样本牙齿来自非洲南方古猿,其余来自其他五个哺乳动物科。然后,他们对几种现代物种的牙齿做了同样的处理,包括肉食者和素食者。他们将测试样本中的氮比例与其他物种的氮比例进行了比较,发现南方古猿化石的比例与草食动物的比例最为接近。研究人员还发现,早期人类的饮食多种多样,但主要是植物性的。他们认为,他们的发现与肉类为主的饮食是后来人类和现代人类经历的显著变化的根源的理论相反。但他们也指出,他们的研究结果并不排除此后不久肉类消费量大幅增加的可能性。