⭕️ ⭕️ ⭕️
เพิ่งผ่านเทศกาลตรุษจีนมาไม่กี่วัน ผู้คนในจีนแผ่นดินใหญ่ยังท่องเที่ยวกันไม่เสร็จ เพราะเป็นวันหยุดยาวฉลองปีใหม่ตามปฏิทินทางจันทรคติ … จึงขออวยพรท่านผู้อ่านอีกรอบ ขอให้ เฮง เฮง กันทุกคนครับ
ตรุษจีน ทั้งคนจีนและคนเชื้อสายจีนต่างก็ร่วมกันเฉลิมฉลองกันทั่วโลกในดินแดนที่มีคนเชื้อสายจีนไปตั้งหลักปักฐานอยู่
อารยธรรมจีนมีมาเก่าแก่ นานนม และคงมีผู้คนกล่าวถึงตรุษจีนนี้กันทั่วไปแล้ว ผมจึงขอเล่าถึงสิ่งที่มีอารยธรรมทางความคิดสืบเนื่องมาจากจีนอีกสักอย่างหนึ่ง คือ … “รูบิก” ครับ
รูบิก (Rubik) ที่เด็กจีนเคยได้แชมป์ทำสถิติลงกินเนสบุ๊ก นั่นไม่ใช่ฝรั่งคิดหรอกหรือ
ฝรั่งคิดต่อจากแนวความคิดของจีนครับ … เดี๋ยวจะเล่าให้ฟัง
รูบิก ที่บางทีเรียกเป็นไทยๆว่า ลูกบิด มีมาตรฐานที่คุ้นตากันมานาน ว่า แต่ละด้านจะมี 3 ลูก คือ 3x3x3 บางทีเขียนย่อๆ ว่า 3×3 ก็ยังเป็นที่รู้กันได้
วันก่อน หลานสาวของคนใกล้ชิดบ้านติดกัน วิ่งมายื่นลูกบิด 4×4 ที่บิดจนเละมาแล้ว ยื่นส่งให้ บอกว่าช่วยแก้ให้หน่อย … ยุ่งละสิ เพราะเคยทำแต่ 3×3
เลยต้องอาศัยตัวช่วยใกล้มือ คือถามอากู๋ (google) ว่าทำยังไง
ค้นไปค้นมา ถึงได้รู้ว่า รูบิกนี่มันมีชนิดต่าง ๆ มากมายหลายหลาก เล็กสุดตั้งแต่ 2×2 ก็ยังมี
ที่น่าทึ่งก็คือ เจ้ารูบิกที่ดูเหมือนของเล่นนี่ มันไม่ธรรมดาเลยนะ มีการนำไปวิจัยและพัฒนาทางเทคโนลียีมากมายจากคุณลักษณะพิเศษเฉพาะของมัน
ก็สมควรอยู่ เพราะคนที่คิดสร้างมันขึ้นมานั้น เป็นประติมากรและสถาปนิกระดับปรมาจารย์ทีเดียว คือ ศาสตราจารย์ Ernő Rubik ชาวฮังกาเรียน ตั้งแต่ปี 1974 โน่น ตอนแรกเรียก Magic Cube ตอนหลังเปลี่ยนเป็น Rubik’s Cube เพื่อเป็นเกียรติแก่คนต้นคิด และถือเป็นหนึ่งในร้อยชนิดของสิ่งประดิษฐ์ที่เปลี่ยนแปลงโลกในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา
แนวความคิด (concept) ของรูบิก มีต้นกำเนิดย้อนหลังไปได้ถึง “หนังสือของลู” ของจีน (China Luo Book) ที่เขียนให้ง่าย (simplified) ลงมาเป็น “แผนผังของจิวกง” (Jiugong map) ดังนี้ …
4 9 2
3 5 7
8 1 6
เลข กลุ่มอย่างนี้ คงคุ้นตาหลาย ๆ คน เพราะจะสังเกตได้ว่า ไม่ว่าจะบวกแนวตั้ง แนวนอน หรือแนวทะแยง แนวไหน ๆ ก็ได้คำตอบเท่ากันหมด ที่เรียกทับศัพท์กันว่า แมจิกสแควร์ (magic square) ไงครับ
คำตอบที่เท่ากันหมดทุกแนวนี้ เรียกว่า ตัวคงที่ของแมจิกสแควร์ (magic square constant) มีค่าเท่ากับ nx(nxn+1)/2 เมื่อ n เป็นจำนวนตัวเลขแต่ละด้าน เช่นกรณีนี้ n=3 เพราะเป็นตารางชนิด 3×3 นั่นคือ 3x(3×3+1)/2=15 ดังนั้น ผลรวมแต่ละแนวจะเท่ากับ 15
ถ้า n=4 ผลรวมแต่ละแนวของแมจิกสแควร์ชนิด 4×4 ก็จะเป็น 4x(4×4+1)/2=34
ชักสนุก (สนุกอยู่คนเดียวรึเปล่าไม่รู้) ลองคิดแมจิกสแควร์ 5×5 เล่นๆ ดูบ้าง ผลรวมแต่ละแนวจะเป็น 5x(5×5+1)/2=65 ได้หน้าตาออกมาเป็นดังนี้
11 18 25 2 9
10 12 19 21 3
4 6 13 20 22
23 5 7 14 16
17 24 1 8 15
แผนผังของจิวกง (Jiugong map) อย่างข้างบนนั้น มันยังแบนแต๊ดแต๋อยู่บนแผ่นกระดาษ ยังไม่เป็นลูกบาศก์สามมิติ ทางวิชาการ บางทีจึงเรียกว่า “zero-dimensional third-order cube” คือไม่ได้หมุนรอบแกนไหนสักแกนเดียวเลย สำหรับแมจิกสแควร์แบบ 3×3 นี้
ต่อมา ประมาณในยุคราชวงศ์หยวน (Chinese Yuan Dynasty) แผนผังของจิวกง (Jiugong) ได้ถูกพัฒนามาเป็นเครื่องเล่นเกมที่หยิบจับได้ ย้ายไปย้ายมาหนึ่งแกน คือรอบแกนตั้ง (หมายถึงแกนตั้งหรือแกน z คงที่ ย้ายแต่แกน x และ y) ชนิด 3×3 เรียกว่า “one-dimensional third-order cube” เป็นแผ่นไม้ 8 ชิ้น เลื่อนอยู่ในช่อง 9 ช่อง ชิ้นไม้ทั้งแปด มีเลข 1 ถึง 8 ส่วนช่องว่างหมายถึงเลข 9
เกมนี้ได้แพร่กระจายไปสู่โลกตะวันตก โดยเพิ่มขึ้นมาอีกหนึ่ง order กลายเป็น “one-dimensional fourth-order cube” เป็นแบบ 4×4 พัฒนาโดย Sam Loyd และยังใช้หลักการของ จิวกง 3×3 ทุกประการ กล่าวคือ ชิ้นส่วน 15 ชิ้น (1 ถึง 15) เลื่อนอยู่ในช่อง 16 ช่อง
ผมไม่เคยเห็นเครื่องเล่นแบบ 3×3 แต่ตอนเด็ก ๆ เคยเห็นแบบ 4×4 เป็นพลาสติกเล็ก ๆ ขนาดเหมาะมือ ไม่รู้ว่าสมัยนี้จะมีการนำกลับมาขายให้เด็ก ๆ หัดเล่นหัดคิดกันอีกหรือเปล่า
จำได้ว่า ไม่เพียงแต่ตัวเลื่อนจะเป็นเลข 1 ถึง 15 เท่านั้น ยังมีการเปลี่ยนตัวเลขเป็นลวดลายการ์ตูนภาพต่าง ๆ ซึ่งเมื่อสลับเลื่อน มันจะเละ จะเห็นเป็นภาพต่อเมื่อสลับเลื่อนกลับมาตำแหน่งเดิมอย่างถูกต้องเท่านั้น
ที่น่าสนใจสำหรับเจ้าตัวเกมที่มีเลข 1 ถึง 15 นี้ก็คือ ผมเห็นแต่ว่าทุกคนพยายามที่จะเรียงเลข 1 ถึง 15 โดยเว้นช่องโบ๋ ๆ นั้นไว้ในช่องสุดท้าย พอเรียงเสร็จเป็นอันจบ นึกว่าเสร็จแล้ว ผมเพิ่งรู้เดี๋ยวนี้เองว่า จุดหมายปลายทางของเกมนั้น คือ แมจิกสแควร์ครับ ไม่ใช่แค่เรียงเลข คือต้องพยายามสลับจัดเรียงใหม่ให้ผลรวมของเลขทั้ง 4 ตัวในแต่ละแนว ไม่ว่าแนวตั้ง แนวนอน และแนวทะแยงนั้น ต้องรวมให้ได้เท่ากับ 34 พอดีเป๊ะทุกแนว โดยช่องว่าง คือเลข 16 ซึ่งเมื่อทำได้แล้ว หน้าตาจะเป็นแบบนี้
1 14 15 4
8 11 10 5
12 7 6 9
13 2 3 [16]
ต่อมา พัฒนาการของลูกบาศก์ เปลี่ยนจาก “order” มาเป็น “dimension” ในยุคราชวงศ์ชิง (Qing Dynasty) มีการทำลูกบาศก์มีหมายเลขกำกับ จำนวนแปดลูก คือหมายเลข 1 ถึง 8 มาต่อรวมกันเป็นลูกบาศก์ที่โตขึ้นเป็นขนาด 2×2 (three-dimensional second-order cube) และที่สำคัญ มันเป็นแมจิกสแควร์แบบสามมิติด้วย (three-dimensional magic squares) หมายความว่า ด้านแต่ละด้าน ทั้ง 6 ด้าน ของลูกบาศก์ 2×2 จะประกอบด้วยลูกบาศก์เล็ก (เรียกว่าลูกเต๋าละกัน) 4 ลูก ซึ่งมีเลขกำกับ เลขทั้ง 4 นี้ เมื่อบวกรวมกัน จะต้องเท่ากันทุกด้าน คือเท่ากับ 18
สมัยนี้ มีรูบิกขนาด 2×2 ขายแล้ว ซึ่งมีสีมาตรฐานรูบิกทั้ง 6 ด้าน คือ แดงตรงข้ามกับส้ม ขาวตรงข้ามกับเหลือง และน้ำเงินตรงข้ามกับเขียว
ผมขอเขียนย่อ แดง (Red) ส้ม (Orange) ขาว (White) เหลือง (Yellow) น้ำเงิน (Blue) และเขียว (Green) เป็น R O W Y B และ G นะครับ
ถ้าวางรูบิก ให้ B อยู่ล่าง (bottom) R อยู่ขวา (right) ให้ตัวย่อมันล้อกันอย่างนี้แล้วละก็ …
O จะอยู่ซ้าย Y จะอยู่หน้า W จะอยู่หลัง และ G จะอยู่บน
ถ้ามีการเขียนเลขลงบนลูกเต๋าที่อยู่มุมทั้ง 8 ดังนี้ …
1 = หน้าซ้ายล่าง (YOB)
2 = หลังขวาล่าง (WRB)
3 = หลังซ้ายบน (WOG)
4 = หน้าขวาบน (YRG)
5 = หลังขวาบน (WRG)
6 = หน้าซ้ายบน (YOG)
7 = หน้าขวาล่าง (YRB)
8 = หลังซ้ายล่าง (WOB)
ถ้าบิดรูบิคจนสีแต่ละด้านกลับมาเหมือนเดิมแล้ว ตัวเลขที่ปรากฏในแต่ละด้าน จะรวมกันแล้ว เท่ากับ 18 เหมือนกันทั้ง 6 ด้าน คือ …
ด้านซ้าย (O)
3 6
8 1
ด้านขวา (R)
4 5
7 2
ด้านหน้า (Y)
6 4
1 7
ด้านหลัง
5 3
2 8
ด้านบน (G)
3 5
6 4
ด้านล่าง (B)
1 7
8 2
แมจิกสแควร์แบบสามแกน (three-dimensional magic square) อย่างนี้ สมัยก่อนยังไม่มีระบบกลไกภายในอะไร อาศัยวางซ้อนกันของลูกเต๋าเฉย ๆ เพิ่งจะมี นวัตกรรมลูกบิดในปี 1974 โดยคุณ Rubik นี่เอง รูบิกถึงได้บูมไปทั่วโลก
รูบิก ยังคงรักษาเอกลักษณ์ความเป็นสามมิติ (3-dimension) คือหมุนได้สามแกนไว้ แต่พัฒนาการเป็นการเปลี่ยน “order” จากเดิมมาตรฐาน 3×3 มีทั้งลดลง เป็น 2×2 แบบพกพา (Pocket/Mini Cube) และเพิ่มขึ้น เป็น 4×4 สำหรับมืออาชีพ (Revenge/Master Cube) และ 5×5 ระดับปรมาจารย์ (Professor’s Cube)
โรงงาน ShengShou ในเมืองจีน รับผลิตรูบิกทุกขนาด ตั้งแต่ 2×2 ไปจนถึง 10×10 ได้ในปี 2013 หลังจากนั้นก็ทำ 11×11 ต่อมาเห็นรูปโฆษณา 13×13
มีการเพิ่มจำนวน “order” กันไม่หยุดหย่อน ถึงปี 2011 ก็มี 17×17 (“Over the Top” cube ) ขายกันแล้ว แถมมีการสั่งทำอันที่ใหญ่ที่สุดในโลกในเดือนธันวาคม 2017 และแน่นอนว่าราคาก็ต้องสูงที่สุดในโลกด้วย (มากกว่า 2,000 ดอลลาร์)
กำลัง งง ๆ ว่า เขาจะขยาย “order” กันไปถึงไหน ต้นปี 2016 ในเดือนมกราคมก็มีข่าวบอกว่า ทำ 22×22 ได้แล้ว สุดท้าย ปลายปี 2017 มีข่าวการทำ “order” สูงสุด คือ 33×33 ในเดือนธันวาคม
ไม่ว่า รูบิก จะมี “order” สูงขึ้นไปแค่ไหนก็ตาม พื้นฐานการแก้ปัญหา จะกลับมาที่ “order” มาตรฐาน คือ 3×3 ทั้งนั้น
รูบิก 2×2 ก็ทำเหมือน 3×3 แต่ตัดตอน ทำเฉพาะลูกมุม เพราะไม่มีลูกกลาง
ส่วนรูบิก ตั้งแต่ 4×4 ขึ้นไป จะต้องพยายามทำให้เหมือน 3×3 ในขั้นตอนสุดท้าย จึงต้องมีอีกสองขั้นตอนแทรกเข้ามาก่อน คือการเลื่อนชิ้นที่มีสีเดียวให้ถูกหน้าหรือถูกสีก่อน ขั้นที่สองคือเลื่อนชิ้นขอบที่มีสองสีให้เข้าที่ เมื่อทำสองขั้นนี้แล้วก็ให้ทำต่อเสมือนว่าเป็นรูบิก 3×3 ได้เลย
ความยากของ 4×4 อีกอย่าง ที่เพิ่มขึ้นมาจาก 3×3 ก็คือ ชิ้นขอบที่มีสองสีนี่แหละ เพราะ 3×3 มันมีลูกเดียว ส่วน 4×4 มันมีสองลูก เป็นฝาแฝดกัน จึงมีโอกาสที่มันจะสลับกันได้โดยเราไม่มีทางรู้ จนกว่าจะทำเสร็จแล้ว และพบว่า มันมีลูกขอบอยู่คู่หนึ่งที่สีมันพลิก ภาษาเทคนิคเขาเรียกว่า มันเกิด “parity”
ผมพยายามมั่วอยู่สักพัก เพื่อแก้ปัญหา parity… ก็ยังไม่ได้สักที ต้องยอมไปคารวะกูเกิลกูรู หาดูวิธีแก้ปัญหาในยูทูบ
ครับ – หลังจากที่พยายามอยู่สองวัน ผมก็แก้ปัญหารูบิก 4×4 ได้
เมื่อผมเอาไปคืนหลานสาวที่ยิ้มร่าเริง รับไปด้วยความขอบคุณ พร้อมคำตอบว่า … “ขอบคุณค่ะ ต่อไปหนูจะไม่บิดมันเล่นอีกแล้ว ให้มันอยู่อย่างนี้แหละ เอาไว้ดูอย่างเดียว” … อ้าว! ไหงงั้นล่ะ !!
ให้พ่อเสียเงินซื้อมาตั้งหลายตังค์ เอามานั่งดูบูชาซะงั้น !! ๏๛
… @_@ …
วัชระ นูมหันต์
2023-01-29
Ref: Overview of Rubik’s Cube and Reflections on Its Application in Mechanism
https://cjme.springeropen.com/articles/10.1186/s10033-018-0269-7
All Rights Reserved ©