当我用手指划过尺子当我用手指划过尺子 3 和 4 刻度之间时,我是否触摸到了 π?
当我的手指抚过地球仪上的那个城市,我是否触摸到了你?
你应该说,当你小小的手指放在尺子上时,他覆盖的区间中包含了 π
学物理的会说,不能。
目前人类知识范围内“可测量”的最小长度是普朗克长度,物理目前没有无限小概念的,最后一定是一个不可分割的粒子结束,所以,π在尺子上,不存在。
学数学的会说,这个问题不是良定义的。
那么现在加上很简单,朴素的理想化假设与定义:
1. 将尺子上的点视为一维欧氏空间中的点(具体对应过程略),进而有我们只用考虑实数集R。(从一维欧氏空间到实数集的过程是平凡的)
2. 手与尺子的接触视为单点接触(区间也可以,不是区间可能导致结论出现变化)。
3. 在承认时间这个变量是连续的前提下,题述中的运动过程中接触点的变化可以视为一个关于时间的函数f。
4. 承认接触点的运动是连续的,等价的叙述是:f是连续的。
有以下条件:
a. $\exists t_1,s.t.f\left(t_{1}\right)=3$
b. $\exists t_2>t_1,s.t.f\left(t_{2}\right)=4$
c. $\pi \in (3, 4)$
由闭区间上连续函数的介值定理,得:$\exists\xi\in(t_1,t_2),s.t.f\left(\xi\right)=\pi$
即你的手指会触摸到π这个点。
可以证明,以上4个假设任意一个不成立,你都可能触碰不到π这个点。
物理学中,以上四个假设没有一个是严格成立的,甚至可能看起来很离谱。
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