Nogle af Zenon fra Eleas
paradokser med løbere kan tilsyneladende løses ved matematisk formalisme,
f.eks. det om væddeløbet mellem Achilleus og skildpadden. Men spørgsmålet er, om
de handler om den matematiske verden eller den fysiske verden, dvs. den fænomenale,
hvori ikke alle de teoretiske begreber nødvendigvis har et direkte modstykke.
At naturvidenskabens teorier kan anvendes til forudsigelse af fænomenerne er en
anden sag, da dette ikke kræver en analogi mellem den matematiske og den fysiske
verden, men blot at teorierne er brugbare, eller empirisk adækvate, således som
Bas van Fraassen argumenterer for det i The Scientific Image
([Fraassen 80], p. 12, 18).
I den populariserede udgave af
en af Zenons paradokser, Achilleus og skildpadden, skal Achilleus indhente en
skildpadde, der har et forspring. Det må bemærkes, at paradokset består af to
dele: 1) vor common sense opfattelse af væddeløbet, som er baseret
på erindringsindtryk af afsluttede forløb, og 2) Zenons beretning om det.
Ifølge det implicitte
ræsonnement i (2) Zenons beretning om løbet vil Achilleus aldrig indhente
skildpadden. Ikke desto mindre vil vi hævde, (1) at vi ved, at Achilleus vil
indhente skildpadden. Dette er et paradoks vedrørende vor tidsopfattelse. Zenon
har naturligvis en pointe her.
ad 1: Zenons ræsonnement kan
fremstilles på følgende måde. Lad os antage, at Achilleus løber G gange så
hurtigt som skildpadden, og at forspringet er på F længdeenheder. Ifølge
principper, der er i overensstemmelse med erfaringen, kan det udregnes, at Achilleus
har indhentet skildpadden, når han har løbet strækningen F G/(G - 1).
ad 2: Når Achilleus har løbet F
længdeenheder, har skildpadden løbet F/G. Når Achilleus har indhentet dette
forspring på F/G, har skildpadden løbet F/G2. Når Achilleus har
løbet F/G2, har skildpadden løbet F/G3. Etc. Skildpadden
har efter hvert af disse dele af løbet stadigvæk et forspring (der ganske vist
bliver mindre og mindre, men aldrig 0).
Det betyder to ting: 1) Hver
gang et af disse stadier er afsluttet, er der endnu et stadium, som Achilleus
skal gennemløbe. Dvs. at Achilleus til stadighed er i den samme situation. 2) I
en situation, hvor Achilleus har indhentet skildpadden, må han have gennemløbet
uendeligt mange stadier. Dette er et andet aspekt af ovenstående paradoks. Det
første kan sammenfattes i:
Efter hvert af de beskrevne dele
af løbet foreligger der den samme situation, bortset fra at skildpaddens har et
forspring på 1/G af, hvad det var ved løbets udgangspunkt.
Vi kan kalde længden af
strækningen hen til skildpaddens udgangspunkt for d og forholdet mellem Achilleus
hastighed og skildpaddens for g. Væddeløbet mellem Achilleus og skildpadden kan
da beskrives ved en beretning, B(d).
B(d): ”Achilleus indhenter
skildpadden, der har et forspring på d”.
Denne beretning har følgende
rekursive form, hvor udtrykket L(s) betyder ”Achilleus løber strækningen s”:
B(d) -> L(d) + B(d/g).
Hvis forspringet ved løbets
begyndelse var F, og forholdet mellem hastighederne g = G, kan hele beretningen
udtrykkes med:
B(F).
Hvis denne beskrivelse opfattes
som en ren matematisk beskrivelse, er situationen efter hvert trin helt den
samme som ved starten af forløbet. For der findes ikke absolutte længder på
linjen i geometrien. Ifølge denne matematiske beskrivelse foreligger der dermed
ingen som helst ændringer, der implicerer, at løbet vil stoppe.
Af
ovenstående beskrivelse fås således:
B(F) -> L(F) + B(F/G).
B(F/G) -> L(F) + L(F/G) +
B(F/G2).
B(F/G2)
-> L(F) + L(F/G) + L(F/G2) + B(F/G3).
B(F/G3)
-> L(F) + L(F/G) + L(F/G2) + L(F/G3) + B(F/G4).
Denne rekursive beskrivelse kan sammenlignes med en rekursiv
beskrivelse, der indeholder et ikke-rekursivt tilfælde, som endog bliver
opfyldt og dermed afslutter beskrivelsen.
Lad ”Løb(N)” betyde: Løberen løber de resterende N/M af strækningen
og lad L(M) betyde ”Løberen løber en 1/M af hele strækningen”. Løbet kan
da beskrives ved disse rekursive definitioner:
Løb(0).
Løb(N) -> L(M) + Løb(N-1).
Løbet kan da beskrives således:
Løb(M).
Eksempel. M=3:
Løb(3) -> L(M) + Løb(3-1).
Løb(2) -> L(M) + Løb(2-1).
Løb(1) -> L(M) + Løb(1-1).
Løb(0).
I dette underafsnit ses på to matematiske
løsningsforslag, der er baserede på matematisk formalisme for såkaldt summation
af uendeligt mange værdier. Der viser sig, at ingen af disse forsøg på at løse
paradokset lykkes. Det første forsøg, som består i en simpel udregning, er
cirkulært, mens det andet ikke kan godtgøre, at det, der foregår i beskrivelsen
af væddeløbet mellem Achilleus og skildpadden, fører til an afslutning.
Vi kan forsøge at få paradokset til handle om en
summation
S∞ af samtlige stadier, indtil Achilleus if
ølge common sense opfattelsen har
indhentet skildpadden
:
S∞ = F ∑∞i=1
G-i+1
Heraf fås:
S∞ = F +F ∑∞i=2
G-i+1
S∞ G = F G + F ∑∞i=2
G-i+2
S∞
G = F G + F ∑∞i=1 G-i+1
Herved fås følgende udregning af
summationen:
S∞ G = F G + S∞
S∞ = F G/(G – 1)
Denne regning med en tænkt
summation af uendeligt mange tal forudsætter imidlertid, at summationen kan
gennemføres, dvs. at paradokset er løst. Forstået som et løsningsforsøg på
paradokset er dette forsøg dermed cirkulært. Cirkulariteten begås i den linje,
hvor summationen substitueres med S∞,
idet der ved denne substitution forudsættes, at summationen
forstået som en summation af uendeligt mange tal kan gennemføres – og at den
har semantisk mening.
I matematikken betegner
summationssymbolet og dets parametre grænseværdien af Sn for n gående mod ∞, dvs. for n stigende ubegrænset.
Det betegner således ikke på nogen bogstavelig måde en summation af uendeligt
mange tal.
Mere specifikt siges en funktion
f(x) at gå mod grænseværdien b for x gående mod ∞, hvis
"εÎR+: $hÎN: "x:
x > h => 0 < |f(x) - b| ≤ ε.
Denne definition kan anvendes på
Sn =
F ∑ni=0 G-i.
Dette betyder, at følgende
skal bevises:
"εÎR+: $hÎN: "n:
n > h => 0 < |Sn - S∞| ≤ ε, hvor Sn og S∞
kan erstattes med udtrykkene i ovenstående underafsnit, hvorefter korrektheden
heraf kan bekræftes.
Denne matematiske formalisme løser imidlertid ikke
paradokset, da den som lige nævnt ikke handler om nogen sum, men om noget andet,
for i ovenstående definition ligger der blot følgende:
En grænseværdi af en sum af n tal for n gående mod
uendelig er ikke en sum af uendeligt mange tal i en eller anden bogstavelig
betydning, men er en værdi, som denne sum af n tal kan komme vilkårligt tæt på
uden at komme længere væk for noget højere n.
Vor tale om uendeligt mange
elementer i en bestemt mængde, betyder ikke, at mængden indeholder et antal elementer, som vi kan kalde
”uendelig”, omtrent ligesom når vi taler om, at der er 1017 elementer i en
mængde, men at mængden af disse elementer
ikke har nogen afslutning, dvs. at vi kan blive ved med at udpege nye
elementer i mængden. Her har vi en ordnet mængde af uendeligt mange intervaller
på et linjestykke, hvilket vil sige, at vi kan blive ved med at pege på nye, stadig
mindre intervaller,
endog efterfølgende i ordningen. Ovenstående bevis er ikke i modstrid med
Zenons beretning, men efterligner den snarere.
Endelig må det bemærkes at definitionen
ovenfor kun betyder at Sn kommer relativt
nærmere til S∞, men ikke absolut nærmere, da der ikke
findes absolutte længder i geometrien. Det er endog sådan, at opdelingen af
linjen fra Sn+1 til S∞ er isomorf med opdelingen fra Sn
til S∞.
Så meget desto mere ændres løberens situation ikke.
Det følgende løsningsforsøg er inspireret
af det faktum, at hvis Achilleus’ hastighed er v, er summen af de første n
løbede tidsintervaller
Sn/v.
Nummer n af disse
tidsintervaller har varigheden F/(Gn-1 v). Dette leder til
den løsning på paradokset om Achilleus og skildpadden, at ovenstående
fortælling derom efter hvert af sine trin kun har
omhandlet et begrænset tidsrum og ikke hele løbet.
Den
omhandler dermed kun, hvad der foregår indenfor en sum af tidsintervaller, der hver
for sig er blevet stadigt mindre indtil et eller andet tidspunkt før og
vilkårligt tæt på det punkt, hvor vi ville forvente, at Achilleus indhenter
skildpadden:
Det er ikke væddeløbet,
der aldrig bliver færdigt, men selve beretningen
om væddeløbet, der er fremlagt
således, at den aldrig bliver færdig, og derfor omhandler den selvsagt ikke
hele fiktionen om væddeløbet. Det, der er tilfældet, er derfor, at Achilleus
ikke indhenter skildpadden inden for det
tidsrum, som beretningen formodes at omhandle. Grunden hertil er, at
beretningen har den ovenfor beskrevne rekursive
form.
Vi kan forestille os, at vi lige
har overværet væddeløbet mellem Achilleus og skildpadden og set Achilleus
indhente skildpadden. Ikke desto mindre kan vi efterfølgende begynde at berette
om væddeløbet på følgende måde, der aldrig kan få ende:
Skildpadden startede med et forspring af størrelsen
F. Achilleus løb G gange så hurtigt som skildpadden. Først nåede Achilleus hen
til det sted, hvorfra skildpadden startede. På det tidspunkt havde skildpadden
bevæget sig en strækning af længden F/G. Dernæst nåede Achilleus hen til det
sted, hvorfra skildpadden var efter den første etape. Etc.
At denne beretning aldrig kan slutte, skyldes som
nævnt, at den er fortalt på en sådan
måde, at summen af disse tidsintervaller på intet tidspunkt overstiger løbets
varighed.
Men den er også fortalt på en
måde, der tydeliggør, at Achilleus situation principielt er uændret for hvert
stadium.
Betyder dette, at paradokset er
løst? Det kan fremføres, at beretningen om
væddeløbet blot udpeger en række punkter ét efter ét på den tidsakse,
som denne fortidsfiktion kan tilknyttes. Dette sker efter en bestemt algoritme som er
defineret af beretningen. Der er intet paradoksalt i, at lige som vi ikke kan afslutte
mange andre algoritmer, bliver vi heller ikke færdige med denne algoritme.
Faktisk kan der både fremsættes og kombineres mange algoritmer for opdeling af
et linjestykke eller en væddeløbsbane i intervaller, endog med mere end ét
fortætningspunkt. Det kan også fremføres, at disse naturligvis kan passeres, og
at de blot udgør om en tankemæssig konstruktion, der som sådan ikke har noget
med løbet at gøre. Men at se på paradokset på denne måde er at ignorere Zenons
budskab.
Efter denne gennemgang er
naturvidenskabelige betragtninger vedrørende paradokset egentlig irrelevant. Dette
skal dog ikke hindre os dog i at se på et naturvidenskabeligt baseret forslag
til en løsning på det problem, som beretningen åbenbart implicerer, nemlig at Achilleus
kun kommer vilkårlig tæt på skildpadden, men aldrig indhenter den. Forslaget er
baseret på den idé, at de matematiske afstande kan være ubetydelige ifølge de
naturvidenskabelige teorier. Om den fysiske virkelighed ville man således
hævde, at når forskellen i position ikke kan måles af den ene eller anden
grund, er Achilleus og skildpadden nået til det samme sted på væddeløbsbanen.
Ifølge dette ville væddeløbet simpelthen være afsluttet, når afstanden mellem
de to konkurrenter er mindre end en bestemt størrelse. På sine egne præmisser
forklarer dette forslag dog ikke det faktum, at Achilleus ikke blot indhenter
skildpadden, men også løber forbi skildpadden, dvs. også med en længde på et
halvt punkt.
Nedenfor forklares, at dette
løsningsforslag ikke går ind på Zenons præmisser, men blot er en afvisning af
paradokset. Dette diskuteres også i en senere afhandling.
Zenons beretning kan ikke fuldt
ud handle om den fysiske verden, for det er et spørgsmål, hvilke to fysiske
punkter på skildpadden og Achilleus der skal sammenlignes under væddeløbet,
især når nu de bevæger sig. Hvis vi også inddrager Achilleus skridt og
bevægelser, når vi taler om minimale afstande, bliver diskussionen ubegrænset
kompleks. Vi må derfor opfatte løbet som omhandlende to punkter A og B, som
bevæger sig hen ad en linje. At indblande fysiske tilfældigheder i paradokset
er ikke at se på det principielle i det. På den anden side skal de matematiske
definitioner forstås rigtigt og deres betegnelser skal ikke tages for bogstaveligt.
I The Presocratic Philosophers fremføres
om “Zeno’s arguments about
motion ...”:
“The
first asserts the non-existence of motion on the ground that that which is in
locomotion must arrive at the half-way stage before it arrives at the goal…” ([Kirk
1983] p. 270)
Dette argument kan på grund af sin korte form
fortolkes på to måder. (Jf. [Kirk 1983] p. 270.)
Den ene fortolkning minder om paradokset om Achilleus
og skildpadden - og er højrerekursiv lige som dette paradoks:
For at nå sit mål må en løber først løbe halvvejen
til målet, derefter halvvejen af resten, etc.
Lad os forudsætte, at målet er punktet 1 på x-aksen,
og definere sagnet L(s).
L(s): ”Løberen løber en strækning af længde s”.
Vi kan da definere en rekursiv beretning C(d) om, hvordan
løberen løber fra punktet d til punktet 1:
C(d) -> L((1-d)/2) + C((1+d)/2).
Hele beretningen kan dermed udtrykkes ved:
C(0).
De første fire trin har følgende form:
1: C(0) ->
L(1/2) + C(1/2).
2: C(1/2) -> L(1/4) + C(3/4).
3: C(3/4) -> L(1/8) + C(7/8).
4: C(7/8) -> L(1/16) + C(15/16).
Dette giver følgende sammensatte resultat:
1-4: C(0) -> L(1/2) + L(1/4) + L(1/8) + L(1/16)
+ C(15/16).
Beretningen er analog med den om Achilleus og
skildpadden. Således er situationen efter ethvert stadium i denne beretning den
samme som før stadiet. Thi den resterende beretning handler stadigvæk om, at
løberen løber en strækning, som kan beskrives på samme måde som før stadiet,
bortset fra at dens længde her halveres for hvert stadium. Der er altså igen
tale om en beretning, der i kraft af sin
form aldrig bliver færdig. Desuden må det bemærkes, at akkurat lige som det
var tilfældet for paradokset med Achilleus og skildpadden, er der efter hvert
stadium ikke sket en reel ændring, da der ikke findes absolutte længder i det matematiske
univers.
Vi kan forestille os, at vi lige
har overværet løberen løbe en strækning på 1 længdeenhed. Ikke desto mindre kan
vi begynde at berette om løbet på følgende tilbageskuende måde, der aldrig når
til en afslutning:
Løberen startede ved punkt 0. Først nåede han til
strækningens midtpunkt. Dernæst nåede han til midtpunktet af den sidste del.
Osv.
At denne beretning aldrig får
ende, skyldes som lige nævnt, at den er
fortalt på en sådan måde, at summen af disse tidsintervaller på intet tidspunkt
overstiger løbets varighed, og ikke mindst at løberens situation forbliver
principielt uændret.
Dens anden fortolkning af paradokset er
venstrerekursiv og kan gengives således:
For at nå til et punkt P halvvejs før sit mål, må
en løber først løbe til et punkt halvvejs før punktet P, etc.
Lad os forudsættes, at målet er punktet 1 på x-aksen,
og definere udsagnet L(s):
L(s): ”Løberen løber en strækningen af længde s”.
Vi kan da definere en rekursiv beretning D(d) om,
hvordan løberen løber fra punktet 0 til punktet d:
D(d) -> D(d/2) + L(d/2).
Ved hjælp heraf kan den samlede beretning udtrykkes
ved:
D(1).
De første fire trin har følgende form:
1: D(1) ->
D(1/2) + L(1/2).
2: D(1/2) -> D(1/4) + L(1/4).
3: D(1/4) -> D(1/8) + L(1/8).
4: D(1/8) -> D(1/16) + L(1/16).
Dette giver følgende sammensatte resultat:
1-4: D(1) -> D(1/16) + L(1/16) + L(1/8)+ L(1/4)+
L(1/2).
Herved er det illustreret, at beretningen D om hele
løbet skal afsluttes, før beretningen om løbet af de enkelte stadier kan komme
i gang. Dette faktum er allerede givet ved venstrerekursiviteten. Beretningen D
kommer derfor overhovedet ikke til eksplicit at omtale eller omhandle løbets start på noget af sine trin. Denne
version er tilbageskuende, og betragtet
på denne måde er den analog med den
første version.
Vi kan atter forestille os, at
vi lige har overværet løberen løbe en strækning på 1 længdeenhed. Ikke desto
mindre kan vi begynde at berette om løbet på en måde, der aldrig får ende:
Løberen startede ved punkt 0. Før han nåede frem
til strækningens midtpunkt, måtte han løbe halvvejs til dette punkt. Før han nåede
frem til sidstnævnte punkt måtte han nå halvvejs dertil. Osv.
Aristoteles
fremfører, at længde og tid kan kaldes ”uendelig” både med hensyn til
delelighed og deres yderste ende, og konkluderer deraf:
“So while a thing in a finite time cannot come in contact
with things quantitatively infinite, it can come in contact with things
infinite in respect of divisibility: for in this sense the time itself is also
infinite: and so we find that the time occupied by the passage over the infinite
is not a finite but an infinite time, and the contact with the infinites is
made by means of moments not finite but infinite in number. (After Gaye)” ([Kirk
70], p. 270)
Aristoteles
har naturligvis en pointe i at sige, at et linjestykke både kan være 1) uendelig
lang og 2) uendelig delelig, dvs. også hvis dens længde er endelig, således som
Zenon demonstrerer. Desuden er det klart, at der om en løbers gennemløb af et
linjestykke kan siges det samme om delingen af den tid, løbet varer, som om
delingen af det linjestykke, der gennemløbes. For passagen af linjestykket og
tidens gang følges ad. Det betyder imidlertid, at Aristoteles med sin påpegning
ovenfor ikke løser paradokset, men blot viser to sider af det.
Således kan vi atter se på situationen, hvor en
løber er nået frem til sit mål. Dette er et paradoks, da det er umuligt for ham
ifølge Zenons beretning. Thi for at nå frem til det måtte løberen først nå
halvvejs, og for at nå til det punkt måtte han nå halvdelen af denne distance,
etc. Men hvis løberens hastighed var h, nåede løberen halvvejs til tiden
(1/2)/h, han nåede en fjerdel af turen efter tiden (1/4)/h, etc.
Der er åbenbart ingen ende på de relaterede
problemer, man kan komme i tanke om, i forbindelse med de tre diskuterede
paradokser. Ifølge The Presocratic Philosophers kan der
af Aristoteles’ diskussion uddrages følgende venstrerekursive ræsonnement:
“(1) To reach his goal a runner must touch
infinitely many points ordered in the sequence 1/2, 1/4, 1/8, ...
(2) It is impossible to touch infinitely many
points in a finite time.
So
(3)
the runner cannot reach his goal.” ([Kirk 70], p. 270)
Ifølge Aristoteles argumentation ovenfor er det
muligt at passere uendelig mange punkter i en endelig tid, hvorfor (2) er falsk.
Men da dette argument handler om et overskuet
tidsrum (dvs. afsluttet eller fremtidigt), handler det ikke om løberens situation,
som er i nuet. Derfor løser påvisningen af, at (2) er falsk ikke paradokset,
men illustrerer det kun det ene aspekt af det.
Aristoteles fremfører, at dette argument forudsætter,
at de enkelte afsnit kun eksisterer potentielt. Men denne betingelse vil
Aristoteles diskutere:
”...
when someone asks the question whether it is possible to traverse infinite
things - either in time or in distance - we must reply that in a way it is but
in a way it is not. For if they exist actually it is not possible, but if
potentially, it is; for someone in continuous movement has traversed infinite
things incidentally, ...” ([Kirk 70], p. 271)
Det er sandt at det sidste gælder for f.eks. den
tilbageskuende beskrivelse. Spørgsmålet er, hvad det ville sige, at intervallerne
skulle eksistere aktuelt, dvs. som
intervaller. Svaret er, at dette er tilfældet for det enkelte interval, når det bliver udpeget, hvilket det er
i nuet. Det er netop udpegede intervaller, vi har at gøre med dem i den
rekursive udlægning af Zenons beskrivelse. Det er sandt, at ifølge denne venstrerekursive
beretning har løbet ingen begyndelse, lige som det ingen afslutning har ifølge
den højrerekursive.
Det må bemærkes, at det ikke kan være tilfældet, at intervallerne
alle sammen eksisterer aktuelt som noget forskelligt fra det at eksistere
potentielt. For vi kan ikke udpege dem alle sammen på gang.
Da det er enklere at kommentere den højrerekusive
beretning C, ovenfor, skal en afsluttende kommentar handle om denne beretning.
Vi kan forestille os, at vi er en situation, hvor en løber er nået i mål, og vi
kan da spørge om, hvordan løberen har kunnet passere uendeligt mange
strækninger af længderne (½)n.
At der er uendeligt mange strækninger af denne slags før målet i punkt 1,
betyder blot, at for enhver sådan trækning, vi kan udpege, kan vi udpege en strækning
mere. At løberen har løbet uendeligt mange af den slags strækninger før punktet
1, betyder dermed blot, at for hver strækning af den slags, vi ved at løberen
har løbet, kan vi pege på endnu en strækning, som løberen har løbet, længere
henne på banen. Til hvert n svarer der intervallet fra 1-(½)n-1 til 1-(½)n. Løberen rører på
denne måde uendeligt mange punkter indenfor en endelig tid: der er ingen ende
på mængden af de punkter, han rører ved indenfor en endelig tid.
Det kan konstateres at Zenons beretning om løbet handler
om nutiden, dvs. løberens situation, mens de tilbageskuende forklaringer
handler om fortidsfiktioner: Vi kan ikke forklare tidens gang. Vi kan kun
forklare, hvordan det er at være i nutiden og se på en fortidskonstruktion, som
her, og på en fremtidsfiktion.
Som tidligere berørt kan vi ganske vist forestille
os, at en person indvender: ”For lidt siden sad du og talte mig. Det var både
virkeligt og nutid dengang. Nu er det fortid. Dette beviser, at tiden går.”
Dette
argument illustrerer imidlertid kun det faktum, at vi har erindringsindtryk, og
at den pågældende er i gang med at indplacere dem i en fortidskonstruktion. Et
uløst filosofisk problem kan naturligvis ikke løses med utilstrækkelige forklaringer.
Det må hellere forblive uløst lige nu, kun belyst.