十大经典悖论，辩到怀疑人生

古希腊人最早一头扎进研究悖论的思虑之中，接下来的几百年来，悖论在人类社会中百花齐放，让人欢喜让人忧，某些悖论只是违背常理，而有些却一直悬而未决

一、睡美人问题

我们让睡美人在星期天入睡，同时抛掷一枚硬币，如果正面朝上，那么睡美人会在星期一被唤醒，回答硬币的朝向问题，然后服用含有失忆剂的药物后继续入睡；如果反面朝上，那么睡美人会在星期一和星期二分别被唤醒，回答硬币的朝向问题，然后服药入睡。接着，人们会在周三唤醒她，实验结束。

问题就是，她会怎么回答硬币的朝向问题，尽管硬币正面朝上的概率为 1/2，但是我们却不知道睡美人会怎么回答，有人认为睡美人回答正面朝上的概率为 1/3，因为她并不知道醒来时是星期几，这便产生了 3 种可能：星期一正面朝上，星期一反面朝上，以及星期二反面朝上，这样一来，反面朝上情况下，她被唤醒的概率要大一些。

二、伽利略悖论

大家都熟知伽利略在天文学的成就，然而他也曾涉足数学，发明了无限和正偶数的悖论。首先，伽利略认为，正整数中，有些是偶数，有些不是（没错！）因此，他就猜测，正整数一定比偶数多（好像是对的）。

但是每一个正整数乘以 2 都能得到一个偶数，而每一个偶数除以 2 都能得到一个正整数，那么从无限的数看来，偶数和正整数都是一一对应的，那么，这就说明，在无穷大的世界里，部分可能等于全体！（尽管这听起来是错的）

三、理发店悖论

1894 年，《头脑》（英国一家学术杂志）刊登了路易斯 · 卡罗尔（Lewis Carroll）（《爱丽丝梦游仙境》作者）提出的一个名为 ' 理发店悖论 '，故事如下：乔叔叔和吉姆叔叔一同去理发店理发，店内有三名理发师：卡尔、艾伦、布朗。吉姆叔叔想卡尔来为自己理发，但是他不确定此刻卡尔是否在店内，理发店营业期间，店内必须有一名理发师，他们知道只要布朗没离开理发店，艾伦也不会离开。

乔叔叔声称自己能够证明卡尔一定在店内：卡尔肯定一直在店内，因为如果艾伦没在工作，布朗肯定也没工作。可问题是，艾伦在工作时，布朗也有可能没在工作，乔叔叔认为，一个假设引出两个相悖的结果，那么卡尔绝对在店内。不过现代逻辑分析家们认为这并不是一个悖论：问题的核心是卡尔有没有在店内工作，如果艾伦也在店内，那谁还去在乎布朗呢？

四、乌鸦悖论

乌鸦悖论是关于证据本质的悖论，悖论来自于两句话，有句话说：所有乌鸦都是黑色的。还有与之逻辑相对的一句话：所有不黑的东西都不是乌鸦。一位哲学家说道，首先，我们看到的乌鸦都是黑色的，这为第一句话提供了证据，其次，我们看到的不是黑色的东西，比如一只青苹果，为第二句话提供了证据。

那么悖论是怎么产生的呢？青苹果的例子也能证明 ' 所有乌鸦都是黑色的 ' 这句话，因为这两种假设在逻辑上是对等的，最为大众接受的说法是，青苹果（或者白天鹅）的确能够证明 ' 所有乌鸦都是黑色的 '，但是呢，由于前者提供的论据太少，因此两者的因果关系不甚明显而已。

五、微弱的太阳

目前，我们的太阳比 40 亿年前明亮 40%，这个悖论也就应运而生，如果这种假设成立，那么当时的地球接受的日照比现在少得多，因此，地球表面应是冰雪覆盖的世界。1972 年，著名科学家卡尔 · 萨根（Carl Sagan）提出了这一悖论，许多科学家百思不得其解，因为证据显示，当时地球表面有几处已被海洋覆盖。

温室效应可能是其中的一个原因，如此说来，当时地球上的温室气体是如今的百倍千倍不止，因此我们要找到大量温室气体存在的证据，抱歉，答案是：没有！还有一种说法是 ' 星球进化论 '，该理论认为，随着地球上生命的进化，地球本身（如空气的化学组成）也得到了进化。那么还有一种可能就是地球只存在了几千年，哎！谁知道呢？（哈哈开玩笑啦！地球寿命都有几十亿年啦）。

六、鳄鱼的抉择

这是一个关于骗子的悖论，由希腊哲学家欧布里德（Eubulides）提出，悖论如下：一只鳄鱼从母鳄处偷走一只鳄鱼宝宝，它告诉母鳄，如果你猜对我到底归不归还这条鳄鱼宝宝，我就把鳄鱼宝宝还给你，如果母鳄说：' 你会把孩子还给我的。' 那么一切好说，母鳄会追回自己的宝宝。问题是，要是母鳄回答：' 你不会把孩子还给我 ' 怎么办？

问题就出在这里，要是鳄鱼归还了鳄鱼宝宝，它就违背了当初的诺言，因为母鳄并没有猜对呀；但是，如果鳄鱼没有归还鳄鱼宝宝的话，它也违背了自己的诺言，因为母鳄猜对了呀。如此一来，两只鳄鱼必定会僵持不下，鳄鱼宝宝只能在鳄鱼的嘴里长大了！也有人出了个馊主意：两只鳄鱼把自己的答案透露给第三方，那么无论怎样，第三方至少能够帮它们旅行自己的诺言吧。

七、' 男孩还是女孩 ' 悖论

假如一个家庭中有两个孩子，第一个孩子是男孩的概率是 1/2，那么第二个孩子也是男孩的概率有多大呢？很多人会想当然地认为是 1/2，然而真正的答案是 1/3。

因为这里有四种可能：一个哥哥和一个妹妹，一个哥哥和一个弟弟，一个姐姐和一个弟弟，一个姐姐和一个妹妹，由于必须得有一个男孩，所以排除掉一个姐姐和一个妹妹的可能，所以得到的结论是，另一个小孩也是男孩的可能性是 1/3，有些人要反驳了：' 要是两个孩子是双胞胎呢。' 可是双胞胎也不是真正同时落地的呀，看来数学真是一门十分科学的 ' 科学 '。

八、' 两个信封 ' 问题

' 两个信封 ' 问题是蒙提霍尔一个鲜为人知的变体，基本理论为：给你两个装钱的信封，其中一只信封中的钱是另一只的两倍，选择一个信封，打开，此时，你可以选择拿走手上信封里的钱，或者拿走另一个信封，哪种方式获得的钱最多呢？

一开始，你拿到钱多的那个信封的概率为 50%，假定你手上信封里的钱为 Y，那么接下来在计算概率常犯的一个错误就是：1/2 ( 2Y ) + 1/2 ( Y/2 ) = 1.25Y，如此一来，你就会不停捡起下一只信封，因为这么一算，下一只信封的钱永远会比手上信封的钱要多一些，这也是这个问题成为悖论的原因。针对这个问题，如今许多科学家们给出了自己的答案，但是没有一个答案得到多数人的肯定。

九、汤姆生的灯

汤姆生是 20 世纪的英国哲学家，他的最主要贡献就是汤姆生的灯悖论，该悖论主要研究 ' 超任务 ' 现象（要求完成无限连续任务的任一逻辑佯谬）。

悖论内容如下：一盏装有开关按钮的灯，利用按钮不停开灯，关灯，每一次开（关）灯动作用时为上一关（开）灯动作用时的一半，那么在确定时间内，这盏灯是开着的，还是关着的呢？

从 ' 无限 ' 的本性考虑，我们永远不会知道这盏灯是开着的还是关着的，因为最后的开（关）动作永不存在，这类悖论最早由埃利亚（意大利城市）的芝诺提出，' 超任务 ' 是一种在逻辑上无解的悖论，然而有些哲学家，如贝纳塞拉夫，仍旧认为汤姆生的灯这种机器在逻辑上是可行的。

十、麦克斯韦妖

麦克斯韦妖以 19 世纪的苏格兰物理学家詹姆斯 · 克拉克 · 麦克斯韦命名，麦克斯韦是该悖论的发明者，旨在推翻热力学第二定律，然而牛顿定律可谓坚不可摧，而这一思想便成了一个悖论。

麦克斯韦妖是一个思维实验：一个装满不恒温气体的盒子，盒子中间一堵墙将其分为两个部分，盒子里的妖在墙上开一个洞，使运动较快的分子流动到盒子的左侧空间，这样，这只妖就在盒子内创造了两个空间，一个温度较高，一个温度较低，在热机作用下，温度较高的空间里的分子向较低的空间运动，能量就产生了。然而第二定律认为，孤立系统的熵值恒定不变。看来麦克斯韦妖就和这一定律背道而驰了。

然而，根据第二定律，这只妖不可能在损失自身能量的情况下造成分子流动，该观点由匈牙利物理学家奇拉特提出，有力地驳斥了麦克斯韦妖的理论，论据就是：那只妖在衡量分子运动速度的过程中会损耗能量，此外，这只妖在墙上开洞，以及维持自身运动也会引起盒子内熵值的增加。

10个让你烧脑让你晕的数学悖论！ 

我的脑子啊  转呀转

悖论是一种很有意思的逻辑游戏，看完这10个经典悖论，你脑子还转的过来吗？

①二分法悖论

概述：运动是不可能的。你要到达终点，必须先到达全程的1/2处；要到达1/2处，必须先到1/4处……每当你想到达一个点，总有一个中点需要先到，因此你是永远也到不了终点的。

古希腊哲学家芝诺（Zeno）提出了一系列关于运动不可分性的哲学悖论，二分法悖论就是其中之一。直到19世纪末，数学家们才为无限过程的问题给出了形式化的描述，类似于0.999……等于1的情境。

那么我们究竟是如何到达目的地的呢？二分法悖论只是空谷传音般放大了问题。若想妥善解决这个问题，还得靠物质、时间和空间是否无限可分等等这些20世纪的衍生理论。

脑洞：无限二分16寸芝士乳酪蛋糕却不能吃的快感，你值得拥有。

②飞矢不动

概述：一根箭是不可能移动的。飞行过程中的任何瞬间，它都有一个暂时的位置，由此可知一枝动的箭是所有不动的集合。

芝诺又一著名悖论，他认为时间的单位是瞬间。事实上，运动不会发生在任何特定时刻，并不意味着运动不会发生。战国时期的诡辩学代表人物惠施也曾说：“飞鸟之影，未尝动也。”

“飞矢不动”实际上暗示了量子力学的观点。以狭义相对论为背景，物体在静止与运动时是不同的。根据相对论，对于以不同速度移动的物体，观察者会产生不同感受，对周围的世界也会持有不同看法。

脑洞：看到漂亮妞心动3秒，上去要电话惨遭拒绝。咳咳，飞矢不动，我没心动。

③忒修斯之船

概述：如果忒修斯的船上的木头被逐渐替换，直到所有的木头都不是原来的木头，这艘船还是原来的那艘船吗？

基于同一性的古希腊著名悖论，引发了赫拉克利特、苏格拉斯、柏拉图等的各种讨论。近代启蒙运动中，英国的两位大哲学家托马斯·霍布斯（Thomas Hobbes）、约翰·洛克（John Locke）也曾尝试解答这个问题。答案始终是是非非，难以一锤定音。

脑洞：人体细胞每七年更新一次，七年后，镜子里是另一个你。

④托里拆利小号

概述：体积有限的物体，表面积却可以无限。

17世纪的几何悖论。意大利数学家托里拆利（Evangelista Torricelli）将y=1/x中x≥1的部分绕着x轴旋转了一圈，得到了上面的小号状图形（注：上图只显示了一部分图形）。然后他得出：这个小号的表面积无穷大，可体积却是 π。

脑洞：原来也有平胸不一定能为国家省布料的时候。

⑤有趣数悖论

概述：1是非零的自然数，2是最小的质数，3是第一个奇质数，4是最小的合数等等；如果你找不到这个数字有趣的特征，那它就是第一个不有趣的数字，这也很有趣。

于是，量子计算领域的研究猿纳撒尼尔·约翰斯（Nathaniel Johnston）把这些有趣的整数定义为一个整体，并将这些整体排成序列，像是质数、斐波那契数列、毕达哥拉斯数等。基于这个定义，约翰斯在2009年6月的博客里提出，第一个没有出现在序列里的数字是11630。2013年11月序列更新之后，他表示14228是最小的无趣数。

脑洞：n只青蛙n张嘴，2n只眼睛4n条腿，扑通n声跳下水……你想起数列是个什么鬼了吗？

⑥球与花瓶

概述：假设无限个球和一个花瓶，现在要进行一系列操作，且每次操作都一样：往花瓶里放10个球，然后取出1个球。那么，无穷多次这样的操作之后，花瓶里有多少个球呢？

答案千奇百怪。最直接的是无限个，也有数学家认为，每个球都会被取出来。逻辑学家詹姆斯·亨勒（James M. Henle）和托马斯·泰马祖科（Thomas Tymoczko）提出花瓶里的球最终可以是任意数目，甚至有具体的构造方法。

1976 年谢尔登·罗斯（Sheldon Ross）在他的《概率论第一课》（A First Course in Probability）介绍了这个问题，所以它被称为“罗斯·利特尔伍德悖论”（Ross-Littlewood Paradox）。

脑洞：小学奥林匹克暗袋摸球概率题终极版。

⑦土豆悖论

概述：100克土豆含有99%的水，如果它被榨出了2%，还剩98%的水分，它将只重50克。即100克的土豆含有1克干物质（dry material），当还剩98%的水分时，1克将对应2%的含量，因此含98%水分的土豆重50克。

脑洞：理科生们笑到内伤。

⑧饮酒悖论

概述：酒吧里会发生这种情况：如果有人在喝酒，那么每个人都在喝酒。乍看起来是一个人喝酒导致了所有人喝酒。实际上，如果酒吧里至少有一个人没在喝酒，那么按照数学中的实质条件（material conditional），对那些没喝酒的人来说，有些人在喝酒，这些人中的每个人都在喝酒，情况依然成立。

实质条件的示意图如下：

“饮酒悖论”由于雷蒙德·斯穆里安（Raymond Smullyan）的书而出名，这本书的名字就叫《这本书叫什么名字》（What Is the Name of this Book?）。

⑨理发师悖论

概述：小城的理发师放出豪言：“我只帮城里所有不自己刮脸的人刮脸。”那么问题来了，理发师给自己刮脸么？如果他给自己刮脸，就违反了只帮不自己刮脸的人刮脸的承诺；如果他不给自己刮脸，就必须给自己刮脸，因为他的承诺说他只帮不自己刮脸的人刮脸。两种假设都说不通。

赫赫有名的罗素悖论，由英国数学家勃兰特·罗素教授于20世纪初提出。这条悖论证明了19世纪的集合论是有漏洞的，几乎改变了数学界20世纪的研究方向。

脑洞：对于不刮胡子的女理发师不成立。

⑩祖父悖论

概述：如果你乘坐哆啦A梦的时光机，回到你爷爷奶奶相遇之前，杀死你的爷爷会发生什么？如果杀死了你的爷爷，那么你就从未诞生；如果你从未诞生，如何回到以前杀死你的爷爷？

祖父悖论看似杜绝了人为操纵命运的可能，过去无法改变，爷爷一定会在孙子的谋杀中幸存下来；还有种可能是，你进入了另一个平行宇宙，这是你从未生活过的世界，但你的爷爷奶奶却也在这里。

这个关于时间旅行的悖论源自罗伯特·海因莱因的短篇小说，近来又出现在诺兰导演的《星际穿越》中。

脑洞：如果你重返二战前，杀死希特勒，成功阻止了二战的爆发。然而，如果没有发生二战，回去刺杀希特勒的理由是什么？时间旅行本身就消除了旅行的目的，本身就在质疑本身。

本文由超级数学建模编辑整理

本文来源于数据与算法之美

，