什么是悖论?

悖论是一个逻辑术语,原本是指那些会导致逻辑矛盾的命题或话语。比如大家熟知的“韩非子?在易南卖矛和盾的楚人声称他的矛非常锋利,可以刺穿任何种类的盾,而他的盾异常坚硬,不能刺穿任何种类的矛。人们问:“带孩子的矛和带陷阱的盾呢?”楚人无言以对。这里关于矛和盾的讨论是一个悖论。在实际使用中,悖论一词的含义有所扩大,往往包括各种与人的直觉、经验或客观事实相悖的问题或话语。因此有时被称为“悖论”、“悖论”。

悖论看似荒谬,却在数学哲学史上产生了重要影响。一些著名的悖论震惊了才华横溢的哲学家和数学家,为之绞尽脑汁,也引起了人们长时间的苦苦思索。可以说,对悖论的研究为数学思想的深化发展做出了巨大贡献。

世界上最早有记载的悖论是公元前5世纪希腊哲学家芝诺提出的著名的体育悖论。我国公元前三世纪的《庄子?《天下篇》中也有几个著名的悖论。这些悖论的提出和解决都与数学有关。数学史上最令人震惊的悖论是英国哲学家罗索在1902年提出的“集合论悖论”,它几乎动摇了整个数学大厦的根基,引发了所谓的“第三次数学危机”。这些严肃的话题在许多数学方法论著作、数学史书籍和相关阅读材料中都有记载和讨论。

这篇文章只是想说一些轻松的话题。其实很多数学悖论都很有趣,不仅能让你大开眼界,还能享受无穷乐趣。面对各种有思想、有意思、有困惑的问题,你必须做一些智力上的准备,否则你可能在这个悖论迷宫里转不出来。看看下面的小故事,你会相信这个说法是真的。

第一个故事发生在一个调查员身上。研究者被委托到A、B、C三所中学,调查学生订阅《中学生数学》的情况。他很快统计出,在A校订阅的男生比例大于女生,对B校和C校的调查也得出同样的结果。于是他打算写一个简要的报告,说从三所学校的调查数据来看,男生订阅中学生数学的比例大于女生。后来他把三个学校的学生一起统计了一下,不可思议的事情发生了。这时,他得到的统计结果让他大吃一惊。在所有订阅中学生数学的学生中,女生的比例大于男生。这怎么可能?就像变魔术一样,少变多,多变少。你能帮他找到原因吗?

下一个悖论似乎更简单。有人将其纳入数学中博弈论的研究范畴。

一位美国数学家来到一家赌场,随机拦住两名赌客,教他们一种简单而有利可图的赌博方法。方法是两个人把钱都拿出来数一数。谁的钱少,谁就能赢钱多的人的所有钱。赌徒A认为,如果我身上的钱比对手多,我就输了,但如果他对手的钱比我多,我赢的钱就比我带的多,所以我赢的肯定比输的多。我们带的钱数是随机的,可能性是五五开,所以这种赌博方式对我有利,值得一试。赌徒B的想法和A不谋而合。于是两个人都愉快地接受了数学家的建议。看来这真的是一种赚钱的赌博。

现在的问题是,一场赌博怎么能让双方都受益?是不是像一个机会均等的猜硬币正反两面的游戏?输了只赔1元,赢了就收2元?据说这一直是数学家和逻辑学家头疼的问题。《科学美国人》杂志一直在寻求这个问题的答案。其实只要仔细分析,这个问题不难给出令人信服的解释。

再来看另一个逻辑悖论。一位数学教授告诉他的学生,考试将在下周的某一天举行,是哪一天?直到考试那天我才知道,这是事先没有预料到的。学生们有很强的逻辑推理能力。他们认为,按照教授的说法,周五不会有考试,因为如果周四没有考试,教授所说的“考试当天才会知道,这是意料之外的”的说法是错误的。所以周五的考试可以排除。然后只有周一到周四才有可能考试。在这种情况下,周四考试是不可能的,因为如果周三没有考试,那就只有周四了。在这种情况下,也就不意外了。所以周四的考试也被排除了。你可以用同样的理由说周三周二周一不可能考试。得出结论后,学生们非常高兴。教授的话引出了矛盾。让我们放松一下。结果下周二,教授宣布考试,学生们都惊呆了。为什么严格的推理失败了?教授真的实现了他所说的,没有人能预测到考试的时间。现在请大家想一想,学生的推理有什么问题?

运动悖论由来已久。这里介绍的蚂蚁和橡胶绳悖论是一个有趣的数学问题,考验你的直觉。问题是这样的:一只蚂蚁沿着一根长100米的橡胶绳,以每秒1厘米的匀速从一端爬到另一端。每隔1秒,橡胶绳就会拉伸100米。比如10秒后,橡皮绳会拉伸到1000米。当然这个问题是纯数学的,假设橡胶绳可以随意拉伸,而且拉伸是均匀的。

蚂蚁也会不知疲倦的往上爬,当绳子被均匀拉伸时,蚂蚁的位置自然会均匀向前移动。现在,蚂蚁以这样的速度最终能爬到橡胶绳的另一端吗?

也许你会觉得,蚂蚁爬行的可怜距离,远远比不上橡皮绳万倍的不断伸长,但却离终点越来越远!但蚂蚁爬到终点是真的。很奇怪吗?