¿Las paradojas de Aquino de Aquiles y la tortuga y la dicotomía muestran que el espacio no es continuo, sino que está cuantificado como la energía?

En el lenguaje moderno, la paradoja de Zenón se puede reformular de la siguiente manera: “¿Puede una suma de una secuencia infinita de números ser finita?”

La respuesta a las matemáticas modernas es simple, “Sí”, y a menudo se ilustra con el ejemplo de Zenón. Pero piense en la antigüedad cuando las personas inteligentes luchaban con el concepto de “infinito”. No estaba nada claro cómo manejarlo. La idea de sumar un conjunto infinito de números era en sí misma paradójica.

¿Cuántos ángeles pueden caber en la cabeza de un alfiler? La mayoría de nosotros nos reímos hoy de lo que parece una pregunta ridícula. Pero mi amigo Walter Álvarez me dijo una vez que creía que los sacerdotes y filósofos que hicieron esa pregunta en la época medieval estaban luchando con el concepto confuso de infinitesimales e infinitos.

Ahora tenemos una matemática altamente desarrollada de series infinitas, y está incorporada implícitamente en nuestro cálculo. Aún así, los jóvenes estudiantes nuevos en el tema todavía encuentran los conceptos tanto desconcertantes como gloriosos. Tenemos diferentes órdenes de infinito (gracias a Cantor) y el infinito se ha convertido en una herramienta. Pero recordemos lo difícil que fue llegar allí. La paradoja de Zenón fue un desafío para Zenón, y es una introducción muy útil a las matemáticas del infinito para el estudiante moderno.

La razón por la cual la paradoja de dicotomía de Zenón y Aquiles y la tortuga todavía se discuten es porque la intuición de algunas personas se rebela contra la idea de que se pueden hacer infinitos pasos en un tiempo finito. (consulte * a continuación para ver un argumento sobre por qué se necesitan infinitos pasos para ponerse al día). ¿Por qué a algunas personas les resulta difícil aceptar esto intuitivamente? Creo que esto puede deberse a la forma en que se define la palabra “pasos”. Si imaginamos el “paso” como algunas cosas que hacemos durante una caminata (o alguna unidad de cálculo), entonces los “Pasos” infinitos son imposibles en un tiempo finito si se considera que cada “Paso” toma la misma cantidad de tiempo, es decir, no una cantidad decreciente en el tiempo. Sin embargo, si los “pasos” toman una cantidad de tiempo decreciente, por ejemplo, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, etc., entonces pueden ocurrir infinitos pasos en un tiempo finito . por lo tanto, este “tipo especial de pasos” puede suceder en un tiempo finito.

En mi opinión, la paradoja más profunda y quizás más relevante para la cuestión de si el espacio está cuantificado o no, es la paradoja de la flecha, que nos ayuda a comprender la naturaleza de un “instante” del tiempo y la naturaleza del movimiento. objetos. Ese argumento revela que para dar sentido al movimiento, debemos considerar un “instante” de tiempo como un grano de tiempo infinitamente pequeño (dt), y no un “punto” de tiempo. Hacer esto nos permite definir cosas como la velocidad instantánea, el movimiento, etc. (Ver ** a continuación para ver mi argumento sobre cómo se relaciona el movimiento con esto). Se puede argumentar que este grano “dt” es una discretización del tiempo, pero por definición esto no es así: este “dt” es infinitesimalmente pequeño y está rodeado por ‘dt’s infinitesimales. Lo que uno piensa del espacio-tiempo cuantificado es a una escala mucho mayor (infinitamente).

Si el espacio se cuantifica de hecho, entonces en ese caso, en el caso de la paradoja de la flecha: la información de una unidad de tiempo a otra se transferiría de alguna manera (como anteriormente estaba en la escala infinitesimal, ahora estará en esa cantidad de tiempo escala (en lugar de “dt”)), y para el caso de Aquiles y la tortuga (y la dicotomía): la cuantificación de la distancia (por ejemplo, la naturaleza consideraría que 0.0001 es lo mismo que 0.00012 (es decir, “cuantificar” las distancias), implicaría “Fusión” de distancias, es decir, el punto de Aquiles alcanzando a la tortuga.

Por lo tanto, ninguna de las paradojas sugiere que el espacio o el tiempo estén cuantizados. Podemos explicar las paradojas de ambos casos.

* Una pregunta que surge en el contexto de Aquiles y la tortuga (y la dicotomía) es: ¿cuándo (es decir, en qué paso) Achilles realmente alcanza a la tortuga que parece estar un poco por delante? Según tengo entendido, en el nivel de lo infinitesimal, esta ventaja de distancia minúscula se pierde, y Aquiles se pone al día, de modo que en el siguiente instante, Aquiles se adelantará, etc.

** Una pregunta que surge en el caso de la paradoja de la flecha es que, ¿cómo se transfiere la información a la que la partícula o paquete de energía está en movimiento en un “instante” de tiempo particular, es decir (dx / dt es> 0)? el vecino “dt” (el ‘siguiente’ instante)? Esto nos lleva al dominio de cómo funcionan las funciones continuas, es decir, cómo transfiere f (x) su información de un “dx” al siguiente. Como tal, esto es un hecho en cuanto a mi argumento aquí, pero puede haber muchas complicaciones detrás de esto.

Luché con la paradoja de Zeno de Aquiles y la tortuga durante más de 30 años. Entonces, un día, me di cuenta de que es una paradoja falsa, construida sobre la premisa falsa de que el espacio es infinitamente divisible. Para mí, la paradoja es una prueba lógica de que el espacio no es infinitamente divisible y que, de hecho, hay una unidad de algo (que alguna vez se pensó que era el átomo) que es el límite absoluto de la división del espacio. Una vez que llegué a esa conclusión, entendí que Aquiles es fácilmente capaz de cruzar cualquier número de estas unidades más pequeñas de espacio mucho más rápido que la tortuga. Por lo tanto, Aquiles simplemente lo hace y gana la carrera cada vez.

Cuando me di cuenta de la falacia de la paradoja, me sentí muy tonto por haber tardado más de 30 años en reconocer lo que debería haber sido obvio desde el principio. Entonces, nuevamente, estoy seguro de que hay algunos físicos muy brillantes que me dirán que mi tontería es creer que el espacio no es infinitamente divisible. No obstante, me quedo con esa solución (al menos por ahora), y ahora estoy tratando de comprender la posibilidad de un límite absoluto para la totalidad del espacio, lo que me parece más difícil de aceptar que un límite absoluto para La divisibilidad del espacio.

Al final, estas cosas me duelen tanto el cerebro que tiendo a creer que todo es solo una ilusión, y que las respuestas, si las hay, se encuentran fuera de la ilusión en un lugar que es inaccesible mientras la ilusión persista.

No.

En una palabra:

Aquiles atrapa a la tortuga porque logra empujar contra el suelo con más fuerza y ​​así consigue un mejor impulso. Pero luego tenemos que inventar conceptos, para algún propósito práctico, por ejemplo, para predecir si la captura tendrá lugar antes de la línea de llegada. Cuando hacemos eso, creamos complicaciones lingüísticas / conceptuales, entramos en trampas semánticas, pero las resolvemos inventando nuevos conceptos que nos sacan de la trampa. Si no se le da esta explicación realista, es cuando corre el riesgo de respaldar una explicación falsa como la cuantización del espacio y el tiempo.

Ahora con un poco más de detalle:

Como dije, el espacio y el tiempo son inventos humanos. Por supuesto, llenamos los conceptos con datos empíricos, que son las lecturas de barras y relojes, contra los cuales comparamos las posiciones respectivas de Achiles y la tortuga. Y esto sirve a nuestro propósito práctico, porque revela que, durante una sesión de entrenamiento, en el momento = 1 s, Achiles siempre pasa por posición = 2 m, mientras que la tortuga solo ha alcanzado la posición 1 m. La velocidad del primero es de 2 m / s, la del segundo es de 1 m / s. Por lo tanto, en una carrera de 4 m, si la tortuga comienza 2 m más adelante, aún necesitará 2 s para completar el camino restante, al mismo tiempo que Aquiles necesita atravesar todo el camino, por lo que será un empate, ambos llegar simultáneamente

Hasta aquí todo bien. Pero luego comienzas a dudar: oh, pero mientras Achiles atraviesa los primeros 2 m, la tortuga corre 1 my alcanza la posición 3 m, por lo que la letra mantiene una ventaja de 1 m; mientras viaja 1 m más, el animal corre 0.5 my alcanza la posición 3.5 m, manteniendo así una ventaja de 0.5 m; y así sucesivamente hasta el infinito porque la tortuga siempre disfrutaría de una cierta ventaja, una disminución pero nunca desaparecer?

No, porque las matemáticas te rescatan, te dicen. Los griegos no estaban lo suficientemente avanzados, aunque los matemáticos modernos han descubierto una verdad que Zeno y su grupo no notaron: técnicamente hablando, una serie como esta de términos decrecientes (las ventajas decrecientes), que “convergen a cero”, se suma a un resultado finito. No importa cuán anti-intuitivo se vea, es así y hay una fórmula mágica que expresa el resultado: S = a / (1-r) , donde a es el primer término (es decir, la primera ventaja) y r es la relación entre términos consecutivos (es decir, 1- ½). En nuestro ejemplo S = 2 / (1-0.5) = 2 / 0.5 = 4 m, que es la distancia desde el inicio hasta la línea de llegada, como teníamos inicialmente predicho a través del análisis de velocidad.

Sin embargo, te queda un sentimiento de incompletitud. ¿Por qué las matemáticas deberían comportarse así? ¿No debería haber una razón física detrás, que la fórmula simplemente refleja? Es por eso que se le ocurrió la idea de cuantización: la búsqueda terminaría porque a una escala muy pequeña, ya no podemos dividir las ventajas. Es como si Aquiles tuviera que pasar por puertas sucesivas, cada una de ellas la mitad del ancho de la anterior, pero en última instancia los carpinteros no pudieron hacer una puerta más delgada, por lo que el juego termina abruptamente y Achiles se ve obligado a saltar a los brazos de tortuga.

Bueno, no hay necesidad de esto. No estoy diciendo que los objetos y procesos físicos no tengan límites mínimos o cuantos. No sé, puede ser así, puede ser que el nivel de precisión de los instrumentos físicos tenga un límite. A veces se dice que no puede haber nada más corto que la longitud de Planck y ningún proceso más breve que el tiempo de Planck, que es el tiempo necesario para que la cosa más rápida (ligera) atraviese la longitud de Planck.

Pero tenga en cuenta que Aquiles y la tortuga pueden no estar haciendo nada durante sus viajes. Tenga en cuenta que podrían haber hecho un empuje inicial contra el suelo y continúe viajando hasta la línea de meta, a sus respectivas velocidades, por pura inercia. A la luz de esto, no habría una puerta final, ningún salto mínimo final, porque no habría ningún salto en absoluto.

Entonces, ¿cuál es la solución a la paradoja, por qué Aquiles atrapa la tortuga? Por la razón muy simple que se indica al principio: porque es más fuerte y sus saltos iniciales son más enérgicos. Luego, por razones prácticas, hemos comparado su progreso con las barras y, por lo tanto, construimos el concepto de que cubre “unidades de espacio”, que siempre son el doble de las atravesadas por la tortuga durante los mismos “lapsos de tiempo”. Pero, como a menudo se nos recuerda, el mapa (“unidades espaciales”, “lapsos de tiempo”) no es el territorio. Podemos “describir” el trabajo de Aquiles en términos de desafíos infinitos, pero eso no significa que se vea obligado a llevar a cabo un número infinito de acciones. Este problema de infinito es solo intelectual y, debido a esto, también puede tener una solución puramente intelectual (no física), que es la fórmula mencionada anteriormente.

En conclusión: nuestros conceptos muy ingeniosos crearon el problema y también lo resuelven. Como decimos en español, “un clavo saca otro clavo”. En inglés, “una mano lava la otra”. Nos encontramos con una trampa conceptual y escapamos del pozo gracias a otro instrumento conceptual.

La paradoja de Zenón se ha utilizado, algo erróneamente, para argumentar exactamente eso.

El problema fundamental es si el espacio se puede dividir infinitamente en piezas más pequeñas. lo que asegura que un objeto pueda moverse de la posición s a s + ds, donde ds tiende hacia lo infinitamente pequeño.

El argumento sigue la línea de que a medida que la distancia se reduce, aumenta la incertidumbre en el tiempo necesario para cubrir la distancia (principio de incertidumbre de Heisenbergs) y, por lo tanto, debe haber un tamaño de espacio más pequeño. Sin embargo, el argumento es incorrecto porque el principio de incertidumbre de Heisenberg habla de observación y nadie observa nada cuando un objeto se mueve a través del espacio. Tenga en cuenta que “observación” en este contexto significa proporcionar energía, luz, por ejemplo, para obtener una medición.

Helas, esta línea de argumentación no produce una respuesta válida.

La pregunta es de gran interés porque parece oponerse a dos candidatos famosos que unifican todas las fuerzas: la teoría de supercuerdas y la gravedad cuántica. La teoría de la supercadena asume un espacio liso, mientras que la gravedad cuántica usa una cuadrícula espacial.

El jurado aún está decidiendo si alguno de ellos tiene razón, pero curiosamente, los resultados recientes parecen indicar que ambos tienen razón. No tengo idea de cómo puede ser posible, pero la naturaleza parece tener algunos trucos bajo la manga de los que todavía no sabemos nada.

¿Las paradojas de Aquino de Aquiles y la tortuga y la dicotomía muestran que el espacio no es continuo, sino que está cuantificado como la energía?

No, muestra que si intentas razonar con palabras puedes fácilmente cometer errores lógicos.

Es una muy buena justificación para usar el lenguaje de las matemáticas en física.

Básicamente es un error realmente famoso. No tiene nada que ver con nada cuantificado, aunque mucha gente dice que sí, porque realmente no lo han pensado.

Nueva respuesta: sí.

Muestra que el infinito es un concepto puramente teórico y que la distancia está cuantizada.

El infinito es un patrón interminable, y no puedes tener un número infinitamente pequeño. Eso sería un número al final de un patrón interminable, y es paradójico.

Si la distancia fuera continua, esto significaría que no habría distancia que Aquiles pudiera recorrer para comenzar su carrera, ni una que pudiera recorrer para terminarla (esos serían “números infinitamente pequeños”). El tiempo es irrelevante aquí. Es el hecho de que el infinito no implica un valor extremo y no se puede usar para representar el movimiento, de lo contrario el movimiento no tendría principio ni fin.

Respuesta anterior: No.

Lo que Zeno está argumentando aquí es que sería imposible moverse cualquier distancia ya que tendrías que realizar tareas infinitas en un tiempo finito, lo que él afirma que es imposible.

Sin embargo, esto se puede contrarrestar diciendo que las tareas infinitas requieren una cantidad de tiempo infinitamente decreciente, por lo que en realidad es posible terminarlas en un tiempo finito.

Todavía creo que el espacio está cuantificado, ya que la historia muestra que las cosas que se consideran infinitas generalmente se cuantifican en un nivel que no puede ser percibido por los humanos al principio, pero parece que estas paradojas no son suficientes para demostrarlo.

Espera, esto funciona para la paradoja de la tortuga y el orden de 1/2 + 1/4 de la paradoja de la dicotomía, pero en realidad no lo explica si miras la dicotomía en el otro orden, con la pregunta de hasta qué punto Aquiles viaja al comienzo de su carrera. ¿Y hasta qué punto es una distancia infinitamente pequeña que se cubre en una cantidad de tiempo infinitamente pequeña?

En realidad, mi explicación no funciona para nada. Me he perdido el punto de Zeno.

Sus paradojas no “muestran” nada, como dijo Aristóteles cuando elogió a Zenón por ser quizás el primer practicante de la dialéctica: hacer preguntas para estimular el pensamiento.

La dicotomía “dice” que el espacio y el tiempo SON continuos.

No, no lo hace. El hecho de que aplique el concepto de cálculo diferencial para resolver esta ‘paradoja’, sumas infinitas de un continuo infinitamente fino, debería decirle que el espacio es un continuo … al menos hasta donde este modelo nos puede llevar.

No.

More Interesting

¿Cuáles, si las hay, son las aplicaciones generalizadas de la teoría cuántica de campos en la actualidad?

¿Una masa negativa no viola el principio de equivalencia de la relatividad general?

¿Qué es una lista exhaustiva de propiedades con las que puede caracterizar cada campo cuántico conocido?

¿Puede la luz tener masa?

¿Cuál es el significado de las identidades Slavnov-Taylor?

Dado que los agujeros de gusano son imposibles de crear (hasta donde sabemos de cualquier tipo de materia o energía en el Universo), ¿qué otras teorías existen sobre deformar el espacio / tiempo que podrían ser posibles?

¿Cómo puede un bosón W ser una partícula de intercambio ya que inicialmente solo hay una partícula (quark down) involucrada (esto al contrario de las otras fuerzas donde el bosón se intercambia entre dos partículas)? ¿Cómo puede un quark down emitir espontáneamente un bosón W?

Si rompiera un quark up (+) y un quark down (-), ¿obtendría un quark neutral (0)?

¿Cómo afecta la expansión del universo al confinamiento del quark?

¿Cuál es la explicación básica de la teoría de cuerdas?

¿Para qué sirve el acelerador de partículas en física?

Estoy haciendo mi Btech en biotecnología, ¿es posible que me convierta en un físico teórico?

¿Qué libros y cursos en línea debo tomar para aprender física específicamente física teórica?

Si el físico aceptara que las partículas subatómicas realmente son ondas estacionarias en lugar de partículas, ¿podrían dejar de preocuparse por los gatos medio muertos?

¿Se puede estudiar teoría de cuerdas en un mes?