魔方 第12期

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1974年,匈牙利布达佩斯建筑学院厄尔诺・鲁比克教授为帮助学生增强空间思维能力,自己动手设计了一种教学工具,使组成一个大方块的小方块可以随意转动而不会散开.这在当时不仅是个机械难题,牵涉到木制的轴心、座和榫头等,还需要有很强的“空间转换”想像力.鲁比克经过苦苦思索,终于找到一种方法,能让不同颜色的方块沿两条垂直轴线旋转而不会散架.当他把这个教学工具拿在手上随意转了几下后,才发现如何把混乱的颜色方块复原竟是个有趣而且困难的问题.鲁比克教授没有想到,他设计的这个教学工具,后来竟成了风靡世界的益智玩具――魔方.魔方与中国人发明的“华容道”、法国人发明的“独立钻石”一起被称为三大不可思议的智力游戏.而魔方受欢迎的程度更是智力游戏界的奇迹.

魔方之所以“魔”力无穷,在于它尽管只有26个小方块,却可以达到约4.3×1019次的变化数.如果你一秒可以转3下魔方,不计重复,你需要转4542亿年,才可以转出魔方所有的变化,这个数字大约是目前估算的宇宙年龄的30倍.魔方发明后不久就风靡世界,人们发现这个小方块组成的玩意实在是奥妙无穷.

魔方的分类

根据魔方每条边上正方形的块数,可以将魔方分为:二阶魔方、三阶魔方、四阶魔方……阶数越高,变化数越多,复原起来也就越复杂.目前魔方的最高阶数为十二阶.另外,还有很多衍生和变种魔方,如非对称魔方、捆绑魔方、连体魔方、异型魔方、魔板、魔球等等.

目前最普遍的魔方是三阶魔方,它的英文官方名字叫做Rubik’s Cube,也就是用鲁比克教授的名字命名的.它每个边有三个方块,官方版本魔方边长为57毫米,三阶魔方由一个连接着6个中心块的中心轴以及8个角块、12个棱块构成,当它们连接在一起的时候会形成一个整体,并且任何一面都可水平转动而不影响其他方块.

魔方的结构

三阶立方体魔方由26个小方块和一个三维十字(十字轴)连接轴组成,(如下图)小方块有6个在面中心(中心块),只一面有颜色.与十字轴连接,中心块的内侧会有一个圆弧状的凹槽,组合后,中心块和边块上的凹槽可组成一个圆形.旋转时,边块和角块会沿着凹槽滑动.边角方块8个(3面有色)(角块)可转动.8个在角上(角块),角块的表面是三个正方形,结构类似一个小立方体从立方体的一个边凸出来,这样的结构可以让角块嵌在三个边块之间.12个在棱上(棱块),亦可转动.边块的表面是两个正方形,结构类似一个长方体从立方体的一个边凸出来,这样的结构可以让边块嵌在两个中心块之间.物理结构非常巧妙.它每个面纵横都分为三层,每层都可自由转动,通过层的转动改变小方块在立方体上的位置,各部分之间存在着制约关系,没有两个小块是完全相同的.立方体各个面上有颜色,同一个面的各个方块的颜色相同,面与面之间颜色都不相同.这种最初状态就是魔方的原始状态.复原魔方就是按照某种规则转动魔方,使其恢复到原始状态.玩具在出售时,小立方体的排列使大立方体的每一面都具有相同的颜色.当大立方体的某一面平动旋转时,其相邻的各面单一颜色便被破坏,而组成新图案立方体,再转再变化,形成每一面都由不同颜色的小方块拼成.玩法是将打乱的立方体通过转动尽快恢复成六面成单一颜色.

魔方六个面贴纸通常由红、黄、蓝、绿、白、橙六种颜色组成.各个时期和地方的版本贴纸方法会有区别,但基本上是前红、后橙、上黄、下白、左蓝、右绿.

魔方的玩法

魔方的玩法,就是复原魔方的原始状态――将打乱的立方体通过转动尽快恢复到六面成单一颜色.复原魔方要一个好魔方、一双灵巧的手、敏锐的空间想像力和高效实用的转动程序.复原方法有很多种,具体步骤上有很大的差异性,但也有相通之处,最常见的是一层一层地拼好.

魔方的解法很复杂,这里无法一一说清楚,而且说出来具体的某种解法,对于解开的过程也就没有意义了. 所以想给你一个提示,在魔方中,并不是以面为单位的,也就是说,不能看上去把一个面拼好了就以为离成功很近了,一面红色,也只算成功了六分之一.而是要以块为单位,每一块都有其特定的位置和摆放的方位,只要一个方位不对,这一块就没有摆对.而只要摆对块,就算表面看上去不太整齐,也是成功了一半了.

下面举个例子,首先你要定魔方的中心,比如你把顶面定为大红色,面对你的面定为黄色,而左侧面定为白色.那么,顶面的中心块就应该是大红,你的对面中心块为黄色,而左侧面中心块为白色,这样定位好后就可以开始了.

从上面两面的接触块开始,比如大红面和黄面的接触那一层的中间那一块,应该是红色在上,黄色在下,然后再摆上面的三面接触块,比如红黄白块,位置努力摆正,然后再下来就是摆中间的两面块,最后摆放底层的两面块、底层的三面块.需要注意的是,有时候摆好的块会因为要摆放后来的块被暂时打乱,这个是一定的.很多魔方爱好者将转动程序变成公式,使后学者能够较容易学习,因公式比较复杂,这里就不多讲了,大家可以到网络上查询.

初学者大都选层先法,特点是公式少便于理解;竞速玩家一般是采用CFOP法,这种方法熟练之后可以在30秒之内将魔方的六面还原.

流行与竞技

魔方广为大家喜爱是在上世纪80年代.从1980年到1982年全世界总共售出了将近200万只魔方.1981年,一个来自英国的小男孩帕特里克・波塞特(Patrick Bossert)写了一本名叫《你也能够复原魔方》的书,总共售出了将近150万本.在中国,魔方是上世纪80年代最抢手的玩具,如同今天孩子们手中的掌上游戏机一样,成为青少年最喜欢的玩具.但是随着改革开放,越来越多的新奇玩具进入了中国,中国的魔方热潮也在渐渐消退.

不过最近几年,中国的非正式魔方社群、魔方吧正在努力改变公众对于魔方的看法.魔方不仅仅是小孩子的玩具,更是一种休闲放松的方式和体育竞技形式,再加上更有刺激和挑战性的竞速、单手、层先法盲拧魔方等玩法,越来越多的人正在重新关注魔方.