无理数的问题由毕达哥拉斯学派成员的学生欧多克斯(Eudoxus)提出新的比例理论而暂时消除危机。
芝诺的四条悖论在后来被亚里士多德等人成功解释完毕。
其中:1.伯内特解释了芝诺的“二分法”
2.亚里士多德指出第二条悖论证法和前面的二分法相同
3.亚里士多德认为芝诺的这个说法是错误的,因为时间不是由不可分的‘现在’组成的
4.亚里士多德认为,这里错误在于他把一个运动物体经过另一运动物体所花的时间,看做等同于以相同速度经过相同大小的静止物体所花的时间,事实上这两者是不相等的。
第一次数学危机,是数学史上的一次重要事件,发生于大约公元前400年左右的古希腊时期,自根号二的发现起,到公元前370年左右,以无理数的定义出现为结束标志。这次危机的出现冲击了一直以来在西方数学界占据主导地位的毕达哥拉斯学派,同时标志着西方世界关于无理数的研究的开始。
危机爆发
无理数的发现
古代数学家认为,这样能把直线上所有的点用完。但是,大约在公元前5世纪,毕达哥拉斯学派的希帕索斯发现了:等腰直角三角形的直角边与其斜边不可通约。新发现的数由于和之前的所谓“合理存在的数”——即有理数在学派内部形成了对立,所以被称作了无理数。希帕索斯正是因为这一数学发现,而被毕达哥拉斯学派的人投进了大海,处以“淹死”的惩罚。[2]
直角三角形的直角边与其斜边不可通约,这个简单的数学事实的发现使毕达哥拉斯学派的人感到迷惑不解。它不仅违背了毕达哥拉斯派的信条,而且冲击着当时希腊人持有的“一切量都可以用有理数表示”的信仰。所以,通常人们就把希帕索斯发现的这个矛盾,叫做希帕索斯悖论。[1]
不过存在另外一种说法称,据说, 正五边形的边与对角线之比二分之根号五是最先被发现的无理数。[3]
芝诺悖论
古希腊著名哲学家芝诺(约公元前490年~前425年)曾提出四条著名的悖论,也被如今的数学史界认定为引发第一次数学危机的重要诱因之一。
第一,“二分法”。
运动着的东西在到达目的地之前须先完成行程的一半,而在完成行程的一半后,还须完成行程的一半的一半……如此分割,乃至无穷,因而它与目的地之间的距离是无限的,永远也达不到目的地。
第二,“阿基里斯永远追不上乌龟”。
阿基里斯是希腊跑得最快的英雄,而乌龟则爬得最慢。但是芝诺却证明,在赛跑中最快的永远赶不上最慢的,因为追赶者与被追赶者同时开始运动,而追赶者必须首先到达被追赶者起步的那一点,如此类推,他们之间存在着无限的距离,所以被追赶者必定永远领先。
第三,“飞矢不动”。
任何物体都要占有一定的空间,离开自己的空间就意味着失去了它的存在。飞矢通过一段路程的时间可被分成无数瞬间,在每一瞬间,飞矢都占据着一个与自己大小相同的空间,由于飞矢始终在自己的空间之中,因而它是静止不动的。
第四,“运动场”。
有两排物体,大小相同,数目相等,一排从终点排到中间点,另一排从中间点排到起点,当它们以相同的速度作方向相反的运动时,就会在时间上出现矛盾。芝诺认为这可以证明一半的时间等于一倍的时间。
以上四条悖论从根本上挑战了毕达哥拉斯学派所一直贯彻的度量和计算方式。[4]