Текст книги "А ну-ка, догадайся!"

Автор книги: Мартин Гарднер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 11 страниц)

После того как на стол сброшены две первые карты, мы возвращаемся к исходной ситуации: снизу в одной части окажется черная карта, в другой – красная. Какая бы из них ни упала на стол, снизу двух частей снова будут две карты одного цвета, поэтому и во вторую пару на столе непременно войдет одна красная и одна черная карта, после чего все опять повторится сначала.

Если вы захотите показать кому-нибудь этот фокус, то сначала вам необходимо подготовить колоду так, чтобы черные и красные карты чередовались.

Попросите кого-нибудь из зрителей сдать на стол по одной карте примерно половину колоды (после того, как зритель положит на стол верхнюю карту, нижние карты в обеих частях колоды заведомо будут различного цвета), а затем, взяв одну часть колоды в правую, а другую в левую руку, сбросить карты по одной на стол так, чтобы они легли внахлест.

Держа «перетасованную» колоду под столом так, чтобы ее не видели ни зрители, ни вы сами, объявите зрителям, будто вы можете на ощупь определять 164 цвет карт, и «в доказательство» начните выкладывать на стол карты парами – по одной красной и одной черной. Для этого вам необходимо лишь каждый раз брать по две карты сверху.

Можно ли обобщить принцип Гилбрейта и положить более широкий вариант в основу новых карточных фокусов? Попробуем проделать следующую процедуру. Подготовим колоду так, чтобы карты шли четверками – по одной карте каждой масти, например в последовательности ПЧБТ, ПЧБТ, ПЧБТ и т. д. ( П– пики, Ч– червы, Б– бубны, Т– трефы).

Снимая по одной карте сверху, сдайте примерно половину колоды (точное число сданных карт не имеет значения). При сдаче последовательность мастей автоматически изменяется на обратную. Взяв в правую руку одну часть колоды (например, сданные карты), а в левую – другую часть колоды, сбросьте карты по одной из каждой части на стол так, чтобы они легли внахлест. После этого начните снимать карты с верха перетасованной колоды четверками.

В каждой четверке непременно будет по одной карте каждой масти.

А вот еще один не менее эффективный фокус.

Разложите карты четырьмя сериями по 13 карт в каждой. Карты в серии независимо от масти расположите в следующем порядке: туз, двойка, тройка, четверка, пятерка, шестерка, семерка, восьмерка, девятка, десятка, валет, дама, король. Проделайте с колодой ту же процедуру, что и в предыдущем фокусе. Отсчитайте сверху четыре серии по 13 карт.

В каждой серии непременно будет по одной карте всех значений от туза до короля!

В заключение приведем еще одно обобщение принципа Гилбрейта. Возьмите две колоды и расположите в них карты в одной и той же последовательности. Положите одну колоду на другую и сдайте сверху столько карт, чтобы осталось около 52 листов. Перетасуйте обе части удвоенной колоды внахлест и разделите 104 карты на две строго равные части. Каждая половина окажется полной колодой!

Парадокс с выборами

_{Предположим, что три кандидата– Абель, Берне и Кларк ( А, Ви С) – выставили свои кандидатуры на президентских выборах.}

_{Как показали итоги выборов, 2/3 избирателей отдали предпочтение Абелю перед Бернсом и 2/3 избирателей отдали предпочтение Бернсу перед Кларком. Означает ли это, что большинство избирателей отдало предпочтение Абелю перед Кларком?}

_{Не обязательно. Если голоса избирателей разделились так, как показано на рисунке слева, то возникла парадоксальная ситуация.}

_{Предоставляем объяснить ее самим кандидатам.}

_{М-р Абель.Две трети избирателей предпочли меня Бернсу.}

_{М-р Бернс.Две трети избирателей предпочли меня Кларку.}

_{М-р Кларк.Две трети избирателей предпочли меня Абелю!}

Этот парадокс, известный еще в XVIII в., представляет собой пример нетранзитивных отношений, которые могут возникнуть при попарном выборе.

Понятие транзитивности применимо к таким отношениям, как «выше, чем» ( хвыше, чем у), «больше, чем», «меньше, чем», «раньше, чем», «тяжелее, чем».

Вообще, отношение Rназывается транзитивным, если из того, что истинны утверждения xRyи yRzследует, что истинно утверждение xRz.

Парадокс с выбором кажется столь неожиданным потому, что мы ошибочно полагаем, будто отношение «быть предпочтительнее, чем» всегда транзитивно.

Если кто-то отдает предпочтение Аперед В(то есть для него Апредпочтительнее, чем В), а Вперед С, то естественно ожидать, что этот кто-то отдает предпочтение Аперед С. Но как показывает парадокс, это верно далеко не во всех случаях. Большинство избирателей отдало предпочтение кандидату Аперед кандидатом В, большинство избирателей отдало предпочтение кандидату Вперед кандидатом С, и большинство избирателей отдало предпочтение кандидату Сперед кандидатом А. Ситуация заведомо не транзитивная! Этот парадокс иногда называют парадоксом Эрроу в честь лауреата Нобелевской премии экономиста Эрроу, показавшего с помощью такого рода логических парадоксов принципиальную невозможность абсолютно демократической избирательной системы.

Парадокс может возникать также в любой ситуации, в которой требуется произвести выбор одной из трех альтернатив, попарно упорядоченных по трем свойствам. Предположим, что А, Ви С– три претендента на руку и сердце одной и той же невесты.

Пусть строки некой матрицы 3х3 содержат оценки, даваемые невестой каким-нибудь трем качествам кандидатов в женихи, например их уму, внешности и обеспеченности. Сравнивая оценки попарно, невеста может оказаться в довольно затруднительном положении, если выяснится (а такое легко может случиться), что кандидату Аона отдает предпочтение перед В, В– перед Си С– перед  А!

Последуем математику Полу Халмошу и будем считать, что Аозначает пирожки с абрикосовым вареньем, В– с вишневым и С– со сливовым. Предположим, что в буфете в продаже всегда есть пирожки с вареньем только двух сортов. Матрица показывает, как посетитель оценивает пирожки по вкусу, свежести и размерам. По вполне разумным мотивам посетитель может предпочесть пирожки с абрикосовым вареньем пирожкам с вишневым вареньем, пирожки с вишневым вареньем – пирожкам со сливовым вареньем и пирожки со сливовым вареньем – пирожкам с абрикосовым вареньем.

Более подробно парадоксы с нетранзитивными отношениями рассмотрены в моей статье ( Scientific American, октябрь 1974), а также в статье «Выбор избирательной системы» Рихарда Ниемы и Уильяма Райкера (там же, июнь 1976) и Линн Стин об избирательных системах (там же, октябрь 1980).

Мисс Лоунлихартс

_{Мисс Лоунлихартс по профессии статистик, ей надоело коротать вечера в одиночестве.}

_{Мисс Лоунлихартс.Хорошо бы познакомиться с одиноким интеллигентным мужчиной. Говорят сейчас есть какие-то клубы встреч. Вступлю-ка я в один из них.}

_{Мисс Лоунлихартс записалась сразу в два таких клуба. Однажды оба клуба проводили вечер в великолепном дворце «Парадокс».}

_{Члены одного клуба встречались в Восточной комнате, члены другого– в Западной.}

_{Мисс Лоунлихартс. Одним мужчинам нравится носить усы, другие предпочитают бриться. Одни остроумные, приятные собеседники, другие – страшные зануды и сухари. Я бы предпочла сегодня провести вечер с приятным собеседником. Следует ли мне остановить свой выбор на мужчине с усами?}

_{Мисс Лоунлихартс провела статистическое исследование тех мужчин, которые должны были собраться в Восточной комнате. Оказалось, что среди приятных собеседников 5/11, или 35/77, составляют усатые, а 3/7, или 33/77, – гладко выбритые.}

_{Мисс Лоунлихартс.Решено: в Восточной комнате я все внимание уделяю усатым.}

_{Как показано аналогичное статистическое исследование, среди приятных собеседников, которые должны были собраться в Западной комнате, усатые составляли большинство – 34/126, приходившихся на долю гладко выбритых.}

_{Мисс Лоунлихартс.Как все просто! И в Восточной, и в Западной комнате у меня больше шансов встретить приятного собеседника среди усатых мужчин.}

_{К тому времени, когда мисс Лоунлихартс добралась до дворца «Парадокс», оба клуба встреч решили объединиться, и все перешли в Северную комнату.}

_{Мисс Лоунлихартс. Как быть? Если в каждом клубе у меня больше шансов встретить интересного собеседника среди усатых мужчин, то и в объединенной группе он скорее всего окажется с усами. Впрочем, расчеты превыше всего. Подсчитаю-ка я шансы.}

_{Результаты вычислений удивили мисс Лоунлихартс. Шансы встретить интересного собеседника среди усатых мужчин на объединенной встрече оказались ниже, чем среди гладко выбритых!}

_{Мисс Лоунлихартс.Мне пришлось изменить тактику, но зато я была вознаграждена, хотя, признаться, до сих пор не пойму, почему так произошло.}

Этот любопытный парадокс можно продемонстрировать на карточной модели. Пусть красные карты соответствуют приятным собеседникам, черные – унылым сухарям, крест, поставленный карандашом на рубашке карты, – усам, а отсутствие креста – гладко выбритому лицу.

Пометим крестами 5 красных и 6 черных карт.

Добавим к ним 3 красные и 4 черные карты без крестов на рубашках. Всего у нас наберется 18 карт.

Это мужчины, собравшиеся в Восточной комнате.

Перетасуйте 18 карт и разложите их на столе вверх рубашкой. Какую карту вам следует выбрать– с крестом или без креста на рубашке, если вы хотите с наибольшей вероятностью вытянуть красную карту? Нетрудно подсчитать, как это сделано на рисунках, что вероятность вытащить красную карту максимальна, если вы выберете карту, помеченную крестом.

Аналогичным образом постройте модель компании, собравшейся в Западной комнате. Пометьте крестами рубашки 6 красных и 3 черных карты. Добавьте к ним 9 красных и 5 черных карт, не помеченных крестом. Всего у вас наберется 23 карты. Перетасуйте их и разложите вверх рубашкой. Нетрудно доказать, что и в этом случае ваши шансы вытянуть красную карту максимальны, если вы выберете карту, помеченную крестом.

Объедините теперь обе группы карт в одну колоду из 41 карты. Перетасуйте ее и разложите карты вверх рубашкой. Трудно поверить, но, проделав все вычисления, вы обнаружите, что наибольший шанс вытащить красную карту будет у вас в том случае, если вы выберете карту, не помеченную крестом.

С подобными парадоксами статистики сталкиваются, например, при анализе действия лекарств. Обратимся снова к той же карточной модели. На этот раз карты будут изображать две группы пациентов, на которых испытывалось действие лекарственного препарата. Карты, помеченные крестом, пусть означают пациентов, получивших лекарство, карты, не помеченные крестом, – пациентов, получивших «плацебо», или «пустышку», – вещество, не оказывающее никакого действия на организм, красные карты – пациентов, состояние которых улучшилось от приема лекарства, черные – пациентов, состояние которых не улучшилось от приема лекарства. При анализе действия лекарства на каждую группу пациентов в отдельности мы пришли бы к заключению, что лекарство более благоприятно сказывается на состоянии пациента, чем «плацебо». При анализе действия того же лекарства на объединенную группу вывод был бы прямо противоположным: прием «плацебо» оказывает более благоприятное действие на состояние пациента, чем лекарство! Этот парадокс показывает, как трудно придумать схему испытаний, которая давала бы надежные статистические результаты.

Примером того же парадокса может служить подлинное происшествие, приключившееся в 1978 г. при анализе статистических данных о результатах приема в Калифорнийский университет в Беркли.

Исследователей интересовало, не отдается ли при вступительных экзаменах предпочтение юношам перед девушками. В тот год в университет было зачислено около 44 % абитуриентов и около 33 % абитуриенток.

Поскольку юноши и девушки были подготовлены примерно одинаково, казалось, что приемная комиссия не отличалась беспристрастием и отдавала явное предпочтение юношам. Но при попытке установить, на каком из факультетов девушки подвергались дискриминации, выяснилось, что на каждом из факультетов университета процент принятых абитуриенток был выше, чем процент принятых абитуриентов! Как это объяснить? Парадокс возник из-за того, что гораздо больший процент абитуриенток подали заявление на более трудные факультеты, где отсев был значительно больше. Если же сравнить абитуриентов и абитуриенток, поступавших на один и тот же факультет, то доля абитуриенток, успешно сдавших вступительные экзамены и зачисленных в университет, оказывалась выше доли абитуриентов. «Дискриминация» юношей превратилась в «дискриминацию» девушек, когда все данные по факультетам свели в единые данные по всему университету. Был ли Калифорнийский университет реабилитирован после того, как парадокс разрешился? По-видимому, был. А что, если какой-то женоненавистник придумал более трудные вопросы и задачи на вступительных экзаменах именно на те факультеты, на которые особенно охотно подавали заявления абитуриентки?

Вороны Гемпеля

_{Этот знаменитый парадокс о черных воронах показывает, что мисс Лоунлихартс далеко не одинока и находится в хорошей компании.}

_{Решить его пока оказалось не по силам даже лучшим современным логикам.}

_{Если орнитологи наблюдали лишь трех-четырех черных ворон, то их вывод о том, что «все вороны черные», мягко говоря, не слишком подкреплен фактами. Иное дело, если орнитологи (и не только орнитологи) наблюдали миллионы черных ворон. В этом случае вывод о том, что все вороны черные, основательно подкреплен фактами.}

_{Ворона. Кар, кар! Я не черная ворона. Пока меня никто не видел, никто не знает, что утверждение «Все вороны черные» ложно.}

_{А как насчет желтой гусеницы? Можно ли считать, что она подтверждает утверждение «Все вороны черные»?}

_{Чтобы ответить на этот вопрос, сформулируем исходное утверждение в иной, но логически эквивалентной форме; «Все, что не черно, неворона».}

_{Ученый.Я обнаружил нечто нечерное – желтую гусеницу. Гусеница – явно не ворона, и ее можно рассматривать как пример, подкрепляющий правильность утверждения «Все, что не черно, неворона» и, следовательно, эквивалентного утверждения «Все вороны черные».}

_{Нетрудно найти миллионы нечерных объектов, каждый из которых не является вороной. Можно ли рассматривать их как примеры, подкрепляющие правильность утверждения «Все вороны черные»?}

_{По мнению изобретателя этого парадокса профессора Карла Гемпеля, рыжая корова увеличивает вероятность того, что все вороны черные. Другие философы придерживались иного мнения. А как по-вашему?}

Парадокс Гемпеля – наиболее известный из открытых сравнительно недавно парадоксов, связанных с подтверждением истинности того или иного утверждения. «Заманчивая перспектива, открываемая перед нами возможностью решать орнитологические проблемы, не выходя под дождь, – замечает Нельсон Гудмен (см. следующий парадокс), – настолько заманчива, что не может не таить в себе какого-то подвоха».

Проблема состоит в том, чтобы указать, где именно скрыт подвох. По мнению самого Гемпеля, наблюдение нечерного объекта, не являющегося вороной, может рассматриваться как пример, подкрепляющий утверждение «Все вороны черные», но лишь в бесконечно малой мере. Предположим, что мы проверяем гипотезу о небольшом числе объектов, например о 10 игральных картах, разложенных на столе вверх рубашкой. Пусть наша гипотеза состоит в том, что все черные карты пики. Начнем переворачивать карты одну за другой вверх картинкой. Каждый раз, когда перевернутая карта окажется пиковой масти, мы получим пример, подкрепляющий нашу гипотезу.

Сформулируем ту же гипотезу несколько иначе: «Все карты непиковой масти красные». Ясно, что каждая перевернутая нами карта непиковой масти и к тому же красная подтверждает первоначальный вариант гипотезы. Действительно, если первая карта окажется пиковой масти и, следовательно, черной, а остальные 9 карт окажутся красными и непиковой масти, то наша гипотеза блестяще подтвердится.

Эта же процедура, применяемая к нечерным неворонам, считает Гемпель, кажется нам столь странной потому, что множество неворон на Земле неизмеримо больше множества ворон, поэтому нечерная неворона подтверждает нашу гипотезу лишь в пренебрежимо малой мере. Если мы, находясь у себя дома и заведомо зная, что никаких ворон у нас нет, оглядим свое жилище в поисках неворон, то не приходится удивлятся тому, что у нас дома не окажется ни одной нечерной вороны.

Тем не менее если мы, не располагая дополнительными сведениями об отсутствии в нашем доме всяких ворон, обнаружим нечерную неворону, то в теоретическом плане такая находка подтверждает гипотезу о том, что все вороны черные.

Противники Гемпеля ссылаются на то, что открытие, например, желтой гусеницы или рыжей коровы с тем же основанием можно рассматривать как пример, подтверждающий гипотезу «Все вороны белые».

Но как может один и тот же объект подтверждать правильность и гипотезы «Все вороны черные», и гипотезы «Все вороны белые»? Парадоксу Гемпеля посвящена обширная литература. Этот парадокс играет основную роль в дискуссии о подтверждении знания, которой посвящена статья Весли Солмона «Подтверждение» ( Scientific American, май 1973).

«Зелубой» цвет Нельсона Гудмена

_{Вот еще один знаменитый парадокс теории подтверждения, основанный на том, что многие предметы со временем изменяют свой цвет. Зеленые яблоки, созревая, становятся красными, волосы к старости седеют, серебро со временем чернеет.}

_{Нельсон Гудмен называет предмет «зелубым», если тот удовлетворяет двум условиям: во-первых, остается зеленым до конца века и, во-вторых, становится голубым после 2000-го года.}

_{Рассмотрим два различных высказывания: «Все изумруды зеленые» и «Все изумруды зелубые». Какое из них надежно?}

_{Как ни странно, оба утверждения подкреплены одинаково надежно! Каждое когда-либо сделанное наблюдение изумруда может рассматриваться как пример, подкрепляющий оба утверждения, в то время как ни один контрпример не известен! Объяснить сколько-нибудь вразумительно, почему одно утверждение следует принять, а другое отвергнуть, не так-то просто.}

Парадоксы Гемпеля и Гудмена показывают, как мало мы понимаем истинную роль, отводимую статистике в научном методе. Мы лишь знаем, что без статистических методов наука не могла бы продолжать извечный поиск законов, действующих в нашей загадочной Вселенной.

6. ВРЕМЯ
Парадоксы о движении, сверхзадачах, путешествиях во времени и обращении времени

От мельчайших субатомных частиц до гигантских галактик наша Вселенная находится в состоянии непрестанного изменения; ее чудесная мозаика каждую микросекунду трансформируется в неумолимом «потоке» времени. (Слово «поток» я взял в кавычки потому, что в действительности течет Вселенная. Утверждать, будто время течет, так же бессмысленно, как утверждать, что длина простирается.)

Трудно представить себе реальный мир без времени. Объект, существующий лишь в течение нулевого времени 0 секунд), не существовал бы вообще. Или существовал бы? Во всяком случае, течение Вселенной достаточно равномерно для того, чтобы мы могли производить измерения, а измерения порождают числа и уравнения. Можно считать, что время не входит в чистую математику, но в прикладной математике от элементарной алгебры до математического анализа и далеко за его пределами имеется немало проблем, в которые время входит как фундаментальная переменная.

В этой главе собрано множество известных парадоксов о времени и движении. Некоторые из них, например парадоксы Зенона, оживленно обсуждались еще древними греками. Другие парадоксы, такие, как «замедление» времени в теории относительности и так называемые «машины бесконечности», способны решать «сверхзадачи». Все они еще больше разохотят вас к парадоксам и к математике.

Упомянем лишь о некоторых связях, ведущих прямиком от собранных в этой главе парадоксов к серьезной математике и науке.

Парадокс с велосипедным колесом знакомит вас с циклоидой и служит великолепным введением в геометрию кривых, более сложных, чем конические сечения. История о разочаровании, постигшем лыжника, дает наглядное представление о мощи методов элементарной алгебры, позволяющей доказать неожиданный результат. Парадоксы Зенона о резиновом канате, сверхзадачах и собаке, бегающей от одного хозяина к другому, знакомят с понятием предела, весьма существенным для понимания дифференциального и интегрального исчисления и всей высшей математики. Решение этих парадоксов связано с теорией бесконечных множеств Георга Кантора, с которой мы уже встречались в главе 2. Задача о червяке, ползущем по резиновому канату, решается с помощью знаменитого так называемого гармонического ряда.

Парадоксы о времени, идущем назад, тахионах и путешествиях во времени затрагивают фундаментальные понятия теории относительности. Трюк, позволяющий избегать путешествий во времени с помощью разветвляющихся путей и параллельных миров, познакомит вас с необычным подходом к квантовой механике, известным под названием «подход многих миров».

Заключительный парадокс о конфликте между детерминизмом и индетерминизмом позволяет читателю бросить беглый взгляд на одну из извечных и наиболее глубоких проблем философии.

«Сумасшедшие» часы Льюиса Кэрролла

_{Какие часы точнее показывают время: те, которые отстают за сутки на 1 мин, или те, которые совсем не идут?}

_{Льюис Кэрролл рассуждал следующим образом.}

_{Кэрролл.Часы, отстающие на 1 минуту в сутки, показывают точное время раз в 2 года. Часы, которые совсем не идут, показывают точное время дважды в сутки. Вы согласны?}

_{Алиса задумалась.}

_{Алиса.Я знаю, что остановившиеся часы показывают точное время ровно в 8 часов утра и ровно в 8 часов вечера, но как узнать, когда именно наступает ровно 8 часов утра или ровно 8 часов вечера?}

_{Кэрролл.Очень просто, дитя мое. Встань лицом к циферблату остановившихся часов и возьми в руки заряженный пистолет.}

_{Кэрролл.Не своди глаз со стрелок часов. И в тот момент, когда часы покажут точное время, выстрели из пистолета. Всякий, кто услышит твой выстрел, будет знать, что наступило ровно 8 часов.}

Льюис Кэрролл – псевдоним скромного преподавателя математики из колледжа Крайст Черч в Оксфорде Чарлза Лютвиджа Доджсона. Ему принадлежит заметка «Какие часы лучше?» о «сумасшедших» часах [23]23
  Кэрролл Л.История с узелками. – М.: Мир, 1973, с. 367.


[Закрыть].

Каким образом Кэрролл определил, как часто часы, отстающие ежесуточно на 1 мин, показывают точное время? Поскольку часы каждые сутки отстают на 1 мин, они покажут точное время, когда отстанут на 12 часов, то есть через 720 суток.

Загадочное колесо

_{Парадокс Льюиса Кэрролла с часами – не более чем шутка, выдержанная в лучших традициях английского нонсенса. А вот «серьезный» парадокс, заслуживающий самого пристального внимания. Знаете ли вы, что верхняя часть велосипедного колеса движется быстрее, чем нижняя?}

_{Именно поэтому спицы в верхней половине катящегося велосипедного колеса сливаются в сплошной блестящий диск.}

_{Взгляните на два последовательных положения колеса. Точка Авблизи вершины проделала гораздо больший путь, чем точка Ввблизи основания. Скорость – это расстояние, проходимое в единицу времени. Следовательно, точка Адвижется быстрее точки В. Верно?}

О каких скоростях идет речь, когда говорят, что верхняя часть катящегося колеса движется быстрее нижней? Разумеется, о скоростях относительно земли.

Парадокс легко решается, если рассмотреть кривую, известную под названием «циклоида». Любая точка на ободе колеса, катящегося по прямой, описывает циклоиду. В точке касания колеса с поверхностью земли скорость равна нулю. Оторвавшись от земли при качении колеса, точка на ободе начинает разгоняться и в верхней точке движется с максимальной скоростью.

Затем по мере приближения к земле движение точки на ободе замедляется, и в новую точку касания она приходит с нулевой скоростью. На колесах железнодорожных вагонов имеются выступы – реборды. Когда колесо катится по рельсу, точка на ободе реборды, описывая небольшую петлю, расположенную ниже уровня рельса, какое-то время движется назад.

Циклоида обладает множеством красивых математических и механических свойств. Одна из глав моей «Шестой книги математических забав» из журнала Scientific Americanназывается «Циклоида – Елена Прекрасная геометрии». В ней, в частности, рассказывается, как начертить циклоиду с помощью катящейся банки из-под кофе. Построим циклоиду и выведя ее уравнение, вы сможете лучше оценить изящество этой кривой и ее необычные свойства.

Разочарованный лыжник

_{Лыжник.Какой великолепный день! Вот если бы только скорость подъемника была больше 5 км/ч!}

_{Предположим, что лыжник захочет поднять среднюю скорость, развиваемую на подъеме и спуске, до 10 км/ч. С какой скоростью он должен съезжать с горы?}

_{15 км/ч? 60 км/ч? 100 км/ч? Хотя в это трудно поверить, но единственный способ поднять среднюю скорость до 10 км/ч для лыжника состоит в том, чтобы съехать за нулевое время!}

Сначала кажется, что решение парадокса как-то связано с расстоянием, проходимым лыжником при подъеме и спуске. Но в действительности оно несущественно. Лыжник преодолевает какое-то расстояние, поднимаясь на гору, и хотел бы спуститься со скоростью, при которой средняя скорость при подъеме и спуске была бы вдвое больше скорости при подъеме.

Чтобы развить такую среднюю скорость, лыжнику пришлось бы преодолеть вдвое большее расстояние (туда и обратно), чем он преодолел при подъеме, за то же время, которое он затратил на подъем. Следовательно, на спуск у нашего лыжника просто нет времени: он должен был бы преодолеть склон за нулевое время! Поскольку это невозможно, лыжник никаким способом не может поднять свою среднюю скорость с 5 до 10 км/ч, в чем вы без труда можете убедиться с помощью несложных вычислений.

Парадоксы Зенона

_{Древние греки придумали множество парадоксов о времени и о движении Парадокс Зенона о бегуне («стадий») принадлежит к числу наиболее известных.}

_{Бегун в парадоксе Зенона рассуждал следующим образом.}

_{Бегун.Прежде чем я добегу до финиша, мне необходимо пробежать половину дистанции, затем половину оставшейся половины, то есть 3/4 всей дистанции.}

_{Бегун.Прежде чем я преодолею последнюю четверть дистанции, мне необходимо пробежать ее половину. И так всякий раз. Прежде чем преодолеть какое-то расстояние, мне необходимо пробежать половину его. Этим половинам не будет конца! Я никогда не доберусь до финиша!}

_{Предположим, что на преодоление половины каждого расстояния бегун затрачивает 1 мин. На графике зависимости времени от пути видно, что бегун приближается к финишу, но так и не достигает его. Правильны ли рассуждения бегуна?}

_{Нет, неправильны: бегун не затрачивает по 1 мин на преодоление половины каждого отрезка. Каждую половину очередного отрезка он пробегает за вдвое меньшее время, чем половину предыдущего отрезка. Бегун достигнет финиша через 2 мин после старта, хотя ему придется за эти 2 мин преодолеть бесконечно много половин соответствующих отрезков дистанции.}

_{Зенону принадлежит и другой, не менее знаменитый парадокс об Ахилле и черепахе. Быстроногий Ахилл хочет поймать черепаху, которая находится на расстоянии 1 км от него.}

_{К тому времени, когда Ахилл добегает до того места, где первоначально находилась черепаха, та успевает уползти вперед на 10 м.}

_{За то время, которое требуется Ахиллу, чтобы пробежать эти 10 м, черепаха снова успевает уползти на какое-то расстояние.}

_{Черепаха.Где тебе догнать меня, старина! Каждый раз, когда ты добежишь до того места, где я была, я успею уползти на какое-то расстояние вперед, хоть на толщину волоса!}

_{Зенон, разумеется, знал, что Ахилл мог бы поймать черепаху. Свои парадоксы Зенон придумал для того, чтобы показать, к каким парадоксальным следствиям приводит представление о неделимых – «атомах» – пространства и времени, имеющих сколь угодно малые, но конечные размеры.}

B обоих парадоксах Зенона бегунов следует считать точками, движущимися с постоянной скоростью вдоль прямой. Зенон знал, что если отрезок АВимеет конечную длину, то точка, движущаяся из  Ав Вс конечной скоростью, достигает финиша за конечное время. Свои парадоксы Зенон придумал для того, чтобы продемонстрировать, к каким трудностям приводят атомистические представления о структуре пространства и времени, согласно которым отрезок «рассыпается» на отдельные неделимые элементарные отрезки, нанизанные один за другим, наподобие бусин, а время– на отдельные неделимые промежутки (и элементарным отрезкам» и элементарным промежуткам времени атомисты приписывали конечную протяженность).

Доказать, что бегун достигнет финиша (точки В) за конечное время, поскольку на преодоление половины очередного отрезка дистанции ему потребуется вдвое меньше времени, чем на преодоление половины предыдущего отрезка (как это сделали мы), еще не означает решить парадоксы Зенона. Услышав о нашем решении, Зенон возразил бы, что, подобно тому как, прежде чем преодолеть любое расстояние, бегун сначала должен преодолеть половину этого расстояния, прежде чем истечет какой-то промежуток времени, должен истечь вдвое меньший промежуток времени.

Иначе говоря, все, что Зенон говорит о прямой, в равной мере применимо и к временной последовательности событий. Время, затрачиваемое бегуном на преодоление дистанции, будет все более приближаться к 2 мин, но до истечения 2 мин всегда будет оставаться бесконечное число мгновений («неделимых» по терминологии атомистов). To же относится и к парадоксу об Ахилле и черепахе. На каждом этапе бесконечного процесса преследования черепахи быстроногим Ахиллом впереди – и в пространстве, и во времени – неизменно будет оставаться бесконечно много «следующих» этапов.

Многие специалисты согласились со знаменитым анализом парадоксов Зенона, данным Бертраном Расселом. По мнению Рассела, парадоксы Зенона не были удовлетворительно решены вплоть до появления теории бесконечных множеств Георга Кантора.

Теория Кантора позволяет рассматривать бесконечные множества (будь то множества точек на прямой или мгновений времени) не как набор изолированных индивидуальных точек и событий, а как нечто целое. Суть парадоксов Зенона и состоит как раз в том, что ни пространственные отрезки, ни временные промежутки недопустимо рассматривать как состоящие из бесконечно большого числа дискретных членов, изолированных друг от друга, как следы на снегу. Решение парадоксов Зенона требует теории типа канторовской теории множеств, в которой наши интуитивные представления об отдельных точках и индивидуальных событиях объединены в систему – последовательную теорию бесконечных множеств.

Резиновый канат

_{А вот совсем новый парадокс, о котором не знал Зенон. На одном конце резинового каната находится червяк. Длина каната – 1 км.}

_{Червяк ползет по канату с постоянной скоростью 1 см/с. Через 1 с после того, как червяк пустился в путь, канат растянули, и его длина стала равной 2 км. Через 2 с канат снова растянули, и его длина достигла 3 км. Каждую следующую секунду канат удлиняется на 1 км. Доползет ли червяк когда-нибудь до конца каната?}