魅力魔方

1 魔方的历史 差不多每个人小时候都玩过积木（building blocks）。一堆小方块，加上若干长方块，一个三角块（用来做屋顶），可以让孩子随心所欲地搭出他心目中的房子、高楼、大厦、教堂 几百年来，小小的积木在培养孩子的空间立体感方面发挥着重要的作用，至今仍然是一种重要的儿童智力玩具。 传统上，积木是散装的。每个积木块都是独立的，可以任由你摆布。但是到了20世纪70年代，出现了一种崭新的积木玩具，所有积木被连接成一个大立方体，互相不即不离，但又能灵活地转动。它的玩法十分复杂，但却引人入胜，富有魅力，因而被叫做“魔方”（magic cube）。它在全世界大行其道，至今已售出2亿多个，成为人类历史上*广泛流行的智力玩具。根据它的构造，用现在时髦的词汇，笔者认为可以把它叫做“集成的积木”（inte-grated building blocks）。那么，它是怎么诞生的呢？ 1.1 魔方诞生记 魔方的出生地是匈牙利首都布达佩斯。那里的一所应用艺术学院有一个教师叫埃诺 鲁比克（Emo Rubik，图1-1），当时30岁左右，是一个富于幻想和创造力的青年。他原是学雕刻的，后来改学建筑，在学校给学生讲授建筑物的结构和平面图、内部工程设计、家具布置等课程。教学中，他发现学生对空间的复杂关联理解起来十分困难。为了培养学生的立体想象力，尤其是对空间变换的理解能力，他想到了一个办法：把积木块以一定方式连接在一起，让它们上下左右旋转，互相交叉换位。起先，他用18个积木块，涂以黑白两种颜色，做成了一个3×3、只有两层的教具，收到了不错的效果，这使他大受鼓舞。在此基础上，经过苦心钻研，克服了许多困难，鲁比克终于把这个教具发展、完善成为3×3×3的正立方体形式，其6个外表面分别涂以6种不同颜色，魔方从此诞生。 图1-1 魔方的发明人鲁比克近照 1.2 魔方也疯狂 鲁比克发明魔方的本意是作为辅助教学的教具的。但他在完成设计与做出**个魔方，自己转了几圈、把魔方打乱以后，却费尽周折，用了一个多月时间才得以让六面还原为原先的颜色（这不禁使我们联想起迷宫的类似故事：希腊神话中的能工巧匠代达罗斯，应克里特王米诺斯的要求，在诺索斯设计并建造了一座石头迷宫，以禁闭米诺斯王的妻子帕西淮同白公牛偷情所生下的牛头人身怪物米诺陶洛斯。石头迷宫建成以后，代达罗斯自己进去也差点找不到路出来。详见笔者的《迷宫趣话》，北京理工大学出版社，2007）。这使鲁比克意识到，他的这个发明可以作为智力玩具。于是他写出了详细的说明书，申请专利，于1977年3月28日获得匈牙利的00170062号专利证书。但在联系厂家生产上，鲁比克遇到很大困难，因为魔方虽然不算太复杂，但十分精细，对工艺要求很高，它的市场前景则难以预料，因此许多玩具工厂都拒绝了鲁比克。好不容易*后找到了一家工厂，勉强同意生产出2000个魔方，于1977年圣诞节前夕投放市场，想不到竟在两天内被抢购一空。随后又生产的几千个也十分抢手。这样，魔方在它的故乡匈牙利首先被推广开来。据统计，单是1980年，在人口只有1000万的匈牙利就出售了200万个魔方，平均每两户人家就购买了一个魔方。连同前几年售出的魔方，它已普及每家每户。 但是，神奇的魔方在迈向世界方面却并不顺利。匈牙利当时也属于“社会主义阵营”，实行计划经济。匈牙利的外贸部门虽然曾经把魔方送到一些国际玩具展上去展览，但连展板都不做，只是把魔方同其他上百种玩具混在一起放在一个展柜中，包装盒都不打开，观众根本见不到魔方的“庐山真面目”；参展的工作人员又没有一个会玩魔方（“因为这不是他们的职责”）。此外，美国逻辑游戏公司（Logical Games Ine）的创始人贝拉 斯扎莱（Bela Szalai，这是一个匈牙利移民）虽然在1978年8月回故乡时见到魔方，并产生兴趣，曾引进生产，但因为数量少，也缺乏宣传，因此，魔方虽然出过国门，但没有引起人们的注意。到了1978年11月，事情才出现了转机。维也纳的一个叫梯鲍尔 莱斯济（Tibor Laczi，他也是一个匈牙利移民，见图1-2）的商人在为奥地利的一家计算机公司作推销旅行途中，在匈牙利一个小镇的咖啡店伙计手中见到了被打乱的魔方（那个伙计不知道该如何复原）。莱斯济是一个数学的爱好者，他一见到魔方，就立刻产生了兴趣，用一美元从那个伙计手中买下了这个玩具。当天晚上，他在旅馆里摆弄了一个晚上，也没能使魔方还原，于是他意识到这图1-2把魔方推向世界的奥地利是一个极具市场价值的智力玩具。第二天，他登门拜访了一家名叫Konsumex的匈牙利国营外贸公司，提出购买魔方在西方销售的要求。公司的人听了大为惊讶，告诉他公司曾经向生产厂订购了1万个魔方，后来砍掉了一半，现在已经没有存货了。莱斯济又获准拜访了鲁比克本人，向他请教复原魔方的秘诀，并告诉他自己愿意在西方国家推广魔方。鲁比克问他：“你能卖出3万个魔方吗？”莱斯济回答道：“如果只能卖出3万个，我是不会碰它的。”生意谈成以后的几个月，在德国纽伦堡举行的国际玩具博览会上，莱斯济亲自向观众展示和表演魔方——但是他既不租摊位，也不设展柜，他像狂欢节上叫卖商品的流动小贩那样，拿着魔方在博览会上到处走动，一边走，一边转动魔方，一边宣传魔方的神秘和刺激。他走到哪里，他的身边就围起一层又一层的观众。在这届玩具博览会上，魔方被评为*佳玩具，其发明者鲁比克荣获“世界*佳游戏发明奖”。魔方从此蜚声国际。 图1-2 把魔方推向世界的奥地利商人莱斯济 博览会以后，莱斯济把魔方介绍给与他有密切联系的著名英国玩具专家汤姆 克莱默（TomKremer）。克莱默在仔细研究了魔方以后，兴奋地对莱斯济说：“我们两人手里现在握着的是一个真正的世界奇迹！”稍后，在克莱默的推动下，著名的美国玩具公司“理想玩具”（IdealToy，其创始人为TeddyBear）向匈牙利发出了一张100万个魔方的订单（另有一种说法是用100万美元买断了魔方的所有权利）。从此以后，魔方才得以在世界流行，成为国际时尚。在1980年的纽伦堡国际玩具展上，曾经设置了一个奖项，哪个观众能在5分钟内把一个拧乱了的魔方还原，就能获得5000马克的奖金（当时马克与人民币的比率大约是1：6，5000马克相当于约3万元人民币。当时国人的月工资水平普遍只有百元上下，因此5000马克是一个很大的数额）。但*终无人获奖。仅仅时隔一年，到1981年，据统计，在联邦德国，就有超过1000人能用远少于5分钟的时间解开魔方，可见其普及之迅速。而传媒的介入更是使魔方热不断升温。除了出版社出版了一批有关魔方的畅销书以外，从1983年9月开始，ABC电视台推出了一档名为“神奇的魔方”（Rubik，The Amazing Cube）的节目，热播了一年，吸引了无数的观众。法国学者Yves Merane在其魔方专著Le Rubiks Cube（巴黎Solar出版社，1981）中有一幅插图（图1-3），描写了一对青年男女新婚之夜在洞房里还各自在玩魔方，虽然相当夸张，却正是当时魔方热的一种反映。 魔方的走红使鲁比克一夜成名，并腰缠万贯。鲁比克成为东欧剧变前**个拥有私人别墅的知识分子。图1-4就是鲁比克在他的豪宅前的照片。 专家们分析，魔方之所以风靡全球并经久不衰，主要有以下几个原因。一是它的难解性对人的智力是一个极大的考验，而好奇心恰恰是人的共性。越是稀奇古怪、难以解决的问题，人们越想弄个明白，“打破砂锅问到底”，“不到黄河不死心”。正是魔方的难解性激发与调动了人们探索的愿望。二是魔方小巧玲珑，价廉物美，*适应大众的消费需求。魔方是一种掌上玩具，体积很小，便于随身携带，又不需要专门的场地或动力（电池之类），同时，价格非常便宜，人人买得起。你可以带在身上，有空时就玩；不玩的时候随便放在桌子上、柜子里都可以，不占多大空间。这些都使魔方比那些动辄几百上千元、庞大又要插电的大型、高档玩具易于普及。三是魔方的适应人群很广，不管男女老少、知识髙低，属于什么阶层，几乎人人都可以玩。当然，作为一种需要较高智力的玩具，除了“幼儿不宜”（虽然国内外都有2、3岁幼儿成为魔方髙手的报道，但笔者认为这毕竟是个案），三年级（10岁）左右的少年儿童就可以开始玩魔方；只要用心，就能解开魔方。英国少年帕特里克 博赛特（Patrick Bossert）13岁就已经成为玩魔方的高手，并写出了魔方专著Can Do the Cube，由海婴乌出版社（Puffin Books）于1981年出版，该书有17个版本，售出150万册，这就是一个明证。 图1-3 洞房花烛夜的“魔方迷”新郎和新娘（图作者：Joel Berdier） 图1-4 鲁比克在他的豪宅前 继魔方之后，鲁比克又发明了不少类似玩具，包括*近在2009年纽伦堡国际玩具展上推出的球形魔方“鲁比克360”（图1-5）。据介绍，鲁比克360由3个相互包裹的透明塑料球组成，从里到外分出3个不同空间。球内装有6个带颜色的小球。要求玩家晃动大球，使小球穿过仅有两个孔的中层，从*内层进入*外层的空位上。虽然鲁比克自认为它“是自魔方以来世界上*有创新性、启发性的智力玩具”，但舆论普遍认为，只有魔方才是鲁比克的巅峰之作。笔者也认为，鲁比克360虽然被叫做球形魔方，实际上同魔方毫无关系，它更像是一个立体迷宫（参见笔者的《迷宫趣话》，北京理工大学出版社，2007）。 1.3 魔方也学术 魔方不但是一个绝佳的智力玩具，引起玩家的兴趣，它同时也引起了科学家的兴趣，成为科学研究的对象。首先是匈牙利的数学家注意到魔方中蕴含着丰富的数学问题，对它进行研究。早在1978年8月于芬兰首都赫尔辛基召开的有约4000人参加的第18届国际数学家会议（18th International Congress of Mathematician，ICM1978）上，就有匈牙利数学家把魔方带到会上并把它介绍给同行，引起各国数学家的重视。其中，在加利福尼亚大学伯克利分校取得数学博士学位、供职于伦敦南岸多科性技术学院（Polytechnic of South Bank，London）的美国数学家大卫 辛格马斯特（David Singmaster）从匈牙利数学家那里获得一个魔方以后，就痴迷其中，写出了Notes on Rubiks Magic Cube、Handbook of Cubik Math等专著，提出了一套魔方的标准符号记法和解法，从组合学和群论的角度出发对魔方进行深入剖析，成为世界公认的魔方