刘海涛

1. Rubik’s Cube=魔方

魔方，英文名为“Rubik’s Cube”，直译为“鲁比克方块”，但通常大家还是称其为“魔方”。一旦一个物品有了固定的名字以后，成年人很少会问为什么它叫这个，为什么它叫那个？所以，对于成年人来讲，虽然了解的事物比儿童要多，但往往有些囫囵吞枣。但幸运的是，我们在儿童时期就认识了魔方，而童年的好奇心驱使着我们不断发问：为什么它叫魔方？我承认小时候是被魔方的“魔”字所吸引，才玩起魔方的。因为儿童总是对带有魔力甚至带有“魔”字的东西都很感兴趣，总是幻想这些带有“魔”字的物品会给我们带来什么超能量。如果小时候我们听说一个东西叫“鲁比克方块”，相信不会有多少小朋友会对它感兴趣的。所以每次提到魔方，我们都要首先感谢一下将“Rubik’s Cube”翻译为“魔方”的人，我们不知道他是谁，但猜想他一定是个童心未泯的中国牛人。因为有了这个有“魔”力的翻译，很多中国小朋友爱上了魔方。感谢魔方，也感谢将Rubik’s Cube翻译为魔方的前辈带给我们一个充满魔幻和回忆的童年。

2.“鲁比克方块”之父厄尔诺×鲁比克

小标题中为什么又称“鲁比克方块”而不称“魔方”，这主要是为了说明魔方名字的来历。既然父亲叫厄尔诺×鲁比克（Erno Rubik），那么儿子叫鲁比克方块就再正常不过了。鲁比克是一位诗人和一位滑翔机设计师的儿子，他在布达佩斯理工大学攻读了建筑学，并在布达佩斯一所实用艺术学院学习了雕刻室内设计。在发明魔方之前，鲁比克就已经是匈牙利的建筑学和雕塑学教授了。为了教学，它自己动手做出了世界上第一个魔方的雏形来帮助学生们认识空间立方体的组成和结构。他经过苦苦思索，终于找到一种方法，能够让不同颜色的方块沿两条垂直轴线旋转而不会散架。因为要使那些小方块可以随意转动而不散开，不仅是个机械难题，这牵涉到木制的轴心，座和榫头的结构和结合等，这对于帮助学生增强空间思维能力是个很好的教学工具。在他完成第一个作品以后，转动了几下，发现原本齐整的魔方竟然很难恢复，如何把混乱的颜色方块复原竟是个有趣而且困难的问题，于是他意识到这个新的发明会很不简单，随后他为自己的这个发明申请了专利。用鲁比克的话说，魔方的诞生源自他对“空间转换”的兴趣，但无心插柳柳成荫，可能鲁比克教授当年也不会想到，这样一个为了教学的发明却激发了全世界范围的“魔方热”。现在很多人玩魔方是为了还原已经打乱的魔方，但在还原的过程中，我们的空间思维能力也会有所提高，所以，从这个意义上说，我们不仅是魔方的游戏者，我们还有幸成为了布鲁克的学生。布鲁克教授可谓“桃李满世界”。

3.魔方之“魔”

前文说过魔方这个名词翻译的好，因为魔方确实有它的“魔”之处。以我们最常见的三阶魔方为例，它的核心是一个轴，并由26个小正方体组成。包括中心方块6个，固定不动，只一面有颜色。边角方块（角块）8个（3面有色）可转动。棱边方块（棱块）12个（2面有色）亦可转动。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。如果我们用数学排列组合的计算方法来看，魔方的总变化数为：

或者说等于4.3*1019。

这个总变化数是怎么计算的呢？

关于三阶魔方的总变化数的道理是这样：六个中心块定好朝向后，我们就不可以翻转魔方了，而他们也正好构成了一个坐标系。在这个坐标系里，8个角块全排列8！，而每个角块又有3种朝向，所以是8！*38，12个棱块全排列，每个有2种朝向是12！*2¹²，这样相乘就是分子；而分母上3*2*2的意义是，保持其他色块不动，不可以单独改变一个角块朝向，不可以单独改变一个棱块朝向，以及不可以单独交换一对棱块或一对角块的位置。解答完毕！

之所以在这里不厌其烦地进行推导，只是想说明一个问题：就是不要小看魔方，也不要小看我们的玩具。很多玩具都是有一些科学原理在里面的，玩具中也凝聚了玩具设计者甚至是科学家的心血。我们不要认为玩具幼稚，正是因为玩具让我们快乐的度过了童年，摆脱了幼稚。所以，我们应该向玩具致敬，向发明玩具的设计者和科学家们致敬。

回归正题，既然总变化数这么多，我们不妨再计算一下，如果我们一秒可以转3下魔方，不计重复，要转出魔方所有的变化，大概需要转4542亿年才可以完成，而这个数字是目前估算宇宙年龄的大约30倍！呜呼，魔方，“魔”之方。

4.魔方不“魔”

魔方这么多的变化数，我们要何时才能将一个打乱的魔方还原？“一万年太久，只争朝夕。”就我们最常见的三阶魔方，目前世界纪录是5.66秒，中国纪录是6.89秒。是什么让我们人类在需要转4542亿年才能转完所有变化数的情况下，只用了眨眼的几秒钟时间就还原了魔方？答案很简单：是方法。有法，则难者亦易矣；无法，则白转千万年。

如果要讨论魔方的还原方法，这还需要涉及到魔方的种类：二阶、三阶、四节、五阶直至十一阶、十二阶（前以叙述，由于魔方内部设计复杂的机械结构问题，十二阶是目前实际存在的最高阶魔方了）；同时还要涉及到是普通玩法还是快速玩法。如果要完全谈论这些，可能几十页纸也说不完。这里，我们仅仅讨论变化多端的魔方还原方法中这万变不离其宗之“宗”，那就是：后面的还原步骤不能破坏前面已经还原好的色块，在一个还原公式的使用中，如果中间步骤破坏了前面已经还原好的色块，在公式的最后必然会将破坏的色块重新归回原状。

有了这个宗旨，所以不管是入门的层先法、角先法、棱先法还是高级的CFOP法，所有方法的公式原理都会一目了然。这个宗旨，就像阿基米德的那个支点，可以翘起整个魔方世界。所有打乱的魔方都会在这个宗旨的指导下乖乖地被我们还原。知道了这一点，魔方似乎不“魔”了。

但即使我们成功地还原了魔方，让它不再“魔”，我们仍然无法否认魔方带给这个世界的惊奇与兴奋。看看当今世界这么多的魔方迷，以及向世界纪录发起冲锋的骨灰级魔方控，我们不禁会说：魔方，依然魔力四射！