На днях американский подросток во время соревнований в Пенсильвании (США) установил новый рекорд по скорости собирания кубика Рубика (3*3*3) – 5,253 секунды. Прежний результат (5,55 секунды) был лучшим с 2013 года. Но какие бы рекорды не ставили спидкуберы, сам “Магический кубик” достаточно прочно занял чемпионское место, уже давно став самой продаваемой игрушкой в мире. Продажи насчитывают свыше 350 миллионов единиц оригинальной головоломки и ее различных аналогов. Если все проданные кубики поставить в ряд, то они протянутся на расстояние почти равное земному меридиану.
Обо всем по порядку
Название «Кубик Рубика» принято в большинстве языков мира, за исключением венгерского, немецкого, португальского и китайского, где распространённым осталось его первоначальное наименование – «Магический куб», а также в иврите, где его называют «венгерским кубиком».
Куб-головоломка
Головоломка представляет собой пластмассовый куб (форм-фактор). В первоначальном варианте стороны состояли из трех элементов – 3*3*3, но позднее были созданы и другие модели – 2*2*2, 4*4*4, 5*5*5 и даже 7*7*7.
Видимые элементы “Магического кубика” снаружи выглядят как 54 грани малых кубиков, составляющих один большой куб, и способны вращаться вокруг 3 внутренних осей куба. Каждая грань состоит из девяти квадратов и окрашена в один из шести цветов, в одном из распространённых вариантов окраски расположенных парами друг напротив друга: красный — оранжевый, белый — жёлтый, синий — зелёный. В различных вариантах кубика Рубика грани окрашиваются совершенно различным образом. Повороты граней позволяют переупорядочить цветные квадраты множеством различных способов. Задача игрока заключается в том, чтобы «собрать кубик Рубика», то есть, поворачивая грани куба, привести его в состояние, когда каждая из граней состоит из квадратов одного цвета.
История изобретения
Головоломка кубик Рубика была изобретена венгерским скульптором и преподавателем архитектуры Эрне Рубиком в 1974 году.
Механическая головоломка Кубик Рубика или, как часто употребляют в разговорной речи, кубик-рубик – первоначально была известна как «Магический кубик», изобретена в 1974 году и запатентованная в 1975 году.
Существует история о том, что Эрнё Рубик, работая преподавателем, столкнулся с проблемой наглядного объяснения студентам математической теории групп. Для наглядности Рубик однажды сделал 27 деревянных кубиков, раскрасил каждый в шесть цветов. Неожиданно оказалось, сложить из них один куб, чтобы каждая грань была окрашена в свой цвет – довольно трудно. Но самым сложным оказалось придумать механизм, который позволит независимо вращаться отдельным частям.
30 января 1975 года Эрне Рубик получил патент (HU170062) на своё изобретение «Волшебный Куб» (Buvuos Kocka).
Первые партии Магического кубика были выпущены в конце 1977 года для Будапештского магазина игрушек.
Утверждают, что игрушкой совершенно случайно, во время деловой поездки в Венгрию, зайдя в кафе выпить кофе немецкий компьютерный предприниматель венгерского происхождения Тибор Лаци (Tibor Laczi) увидел головоломку в руках у официанта. Увлекающийся математикой Лаци пришёл в восторг от игрушки и буквально на следующий день обратился в государственную торговую фирму Konsumex с предложением продавать кубик на Западе. Тогда же Тибор Лаци лично познакомился с Рубиком. Заинтересованный Тибор Лаци вышел на англичанина Тома Кремера (Tom Kremer), также венгра по материнской линии, – владельца Seven Towns Ltd. Кремер взялся добиться привлечения коммерческого интереса к разноцветному чуду.
В сентябре 1979 года, на переговорах в Будапеште, был заключён договор с крупной американской компанией Ideal Toy Corporation (позже куплена корпорацией CBS) на поставку в США одного миллиона кубиков. В процессе переговоров выяснилась одна проблема — Кубик был запатентован лишь в Венгрии. Американцы же могли торговать товарами, авторские права на которые официально зарегистрированы на территории США. Чтобы уладить это препятствие, в начале 1980 года «Магический куб» (Magic Cube) решено было переименовать в кубик Рубика (Rubik’s Cube).
Стараниями Лаци и Кремера в 1980 году состоялся международный дебют кубика. В зимой 1980 года головоломка была представлена на ярмарках игрушек Лондона, Парижа, Нюрнберга и Нью-Йорка. Американская премьера состоялась 5 мая в Голливуде, а представляла кубик венгерская кинозвезда Габор. Следующие два года стали периодом всемирного помешательства Кубиком Рубика, в связи с дефицитом кубов стали производиться подделки, в самых разных странах. Только до конца 1982 года было продано свыше 100 миллионов официальных кубиков и в полтора раза больше подделок. Проблем со сбытом головоломки не было, были только проблемы с ее производством. Венгрия физически не могла делать больше нескольких миллионов штук в год. Фабрики по изготовлению кубиков открываются в Гонконге, Тайване, Коста-Рике и Бразилии. В СССР Кубик Рубика пришёл в 1981 году. По слухам, права на выпуск игрушки обошлись Союзу в немыслимую тогда сумму 3 миллиона долларов.
Игрушка-рекордсмен
В 1980 году Магический кубик получил венгерский национальный приз за лучшее изобретение, также выиграл конкурсы на лучшую игрушку в Великобритании, Германии, США и Франции. Страсть к игрушке не имела возрастных, социальных и языковых барьеров. Кубик круглосуточно вращали школьники, студенты, рабочие и служащие. От однообразных многочасовых манипуляций с кубиком у людей попросту сводило запястья. Во многих ресторанах кубик входил в число обязательных предметов сервировки стола наряду с солонкой и перечницей.
О кубике писала и “желтая пресса”, и весьма серьезные издания, публиковались книги. Появилось и «Искусство кубика Рубика» (Rubik’s Cube Art) — художники собирали не только сами кубики, но и уже из кубиков собирали свои произведения. В 1981 году в Англии проходит церемония представления Кубика Рубика принцу Чарльзу и леди Диане. Тогда же выходит ограниченным тиражом версия головоломки, посвящённая их свадьбе (29 июля 1981) – «Royal Puzzle», которая попадает в экспозицию Нью-йоркского музея современного искусства. В 1982 году Кубик Рубика попадает в престижный Оксфордский словарь.
Права на Кубик Рубика и другие головоломки Эрнё Рубика принадлежат английской компании Seven Towns Ltd., которой владеет близкий друг Эрнё Рубика — Том Кремер. Под контролем компании головоломка производится и продаётся во всем мире.
И хотя такой кубикомании, как в начале 1980-х давно не наблюдается, периодические всплески увлечения игрушкой и, соответственно, рост продаж головоломки — в Европе и США волнообразно повторяются.
Конструкция
Потеряв надежду сложить кубик и разобрав (а часто и разломав) его, многие убеждались, что конструкция довольно проста. В ее центре вместо «невидимого кубика» находится трёхмерная крестовина, на которой свободно вращаются центральные кубики. Из центральных и рёберных кубиков с внутренней стороны вырезан фрагмент таким образом, что получается полость в виде объединения трёх цилиндров. Помимо этого, на рёберных и угловых кубиках имеются выступы особой формы. Эти выступы образуют фрагмент цилиндра, плотно входящий в полость. Кубики держатся друг за друга, входя выступами в соответствующую выемку.
Безусловно, популярностью кубик обязан и развитию технологий производства пластиков и других современных материалов, из которых она изготавливается. Выполнить игрушку конечно можно и из дерева или стали, однако сомнительно, что в таком исполнении она была бы столь же удобной, надежной и комфортной в обращении.
Алгоритм решения
Число всех достижимых различных состояний Кубика Рубика 3*3*3 равно 88.580.102.706.155.225.088.000, но это с учётом ориентации центральных квадратов. Поскольку при сборке кубика ориентацию центральных квадратов обычно не учитывают, количество возможных состояний уменьшается в 2.048 раз. Но 43.252.003.274.489.856.000 вариантов взаиморасположения элементов – тоже весьма впечатляющая величина.
Это число достаточно красноречиво говорит о том, что попытки, – взять кубик, подумать, покрутить и решить головоломку за часок, – практически обречены на провал. Тут явно нужен научный подход. Нужен алгоритм!
Алгоритмом сборки головоломки занимались многие математики, программисты и просто любители, на эту тему издано более 60 книг, а количество публикаций в периодике – посчитать не возможно. Главной целью было найти алгоритм, позволяющий собрать кубик с минимальным количеством ходов (поворотов грани) – “Алгоритм Бога”.
Наконец, в июле 2010 года было найдено “число Бога”. Программист из Пало-Альто Томас Рокики, учитель математики из Дармштадта Герберт Коцемба, математик из Кентского университета Морли Дэвидсон и инженер компании Google Inc. Джон Детридж доказали, что каждая конфигурация кубика Рубика может быть решена не более чем в 20 ходов для кубика 3*3*3.
Спидкубинг
Увлечение скоростной сборкой кубика Рубика или спидкубингом (англ. speedcubing) фактически стало видом спорта. Официальные соревнования по скоростной сборке кубика Рубика регулярно проводятся Всемирной ассоциацией кубика (World Cube Association (WCA)). Ежегодно проходят чемпионаты Европы или Мира.
WCA разработаны строгие правила, которые регламентируют предстартовое перемешивание кубика по алгоритму, сгенерированному компьютером с помощью специальной программы. При чем у всех участников стартовые скрамблы (позиции перемешанного кубика) должны быть одинаковыми.
Сильнейший спидкубер определяется не по результату единичной сборки, а по среднему времени. Например, для куба 3*3*3 производится 5 попыток скоростной сборки, при этом лучшая и худшая попытки не учитываются, а результат вычисляется как среднее арифметическое из оставшихся трех попыток. Таким образом минимальное время сборки – еще меньше чем официальный рекорд и достижение может принадлежать не чемпиону. Такой неофициальный рекорд спидкубинга на сегодняшний день принадлежит Феликсу Земдегсу и составляет 4,21 секунды.
Правила для скоростной сборки других кубиков (5*5*5 и т.д.) несколько отличаются друг от друга.
И на последок
Эрне Рубик не ограничился изобретением гениального Магического кубика и создал множество интересных игрушек-головоломок, однако на вершине этой, достаточно внушительной, “груды” изобретений, состоящей из кубов, пирамид, шаров, мегаминксов и прочих занятных конструкций, царственно располагается Кубик Рубика 3*3*3 – революционная игрушка, пожалуй ставшая одним из символов XX века.
Кстати, в 2015 году исполняется уже 40 лет с момента ее патентования и 35 лет – с начала ее мировой известности.