Кубик Рубика полностью рассекречен

Международная группа калифорнийских математиков из Пало-Альто (США) с помощью компьютерной программы нового поколения, созданной компанией Google, просчитала все возможные положения кубика Рубика. Выяснилось, что какой бы вариант его сборки ни выбрать, в итоге надо совершить не более 20 ходов. Открытие, над которым бились 35 лет, наконец, сделано.

Раскрыть секрет головоломки удалось математику Морли Дэвидсону (Morley Davidson) из Кентского университета (Kent University), инженеру Google Джону Детриджу (John Dethridge), учителю математики из Дармштадта Герберту Косимба (Herbert Kociemba) и калифорнийскому программисту Томасу Рокицки (Tomas Rokicki).

Группа исследователей пришла к выводу, что любая случайная комбинация составляющих элементов этого устройства может быть преобразована в одноцветные стороны максимум за 20 ходов.

Ученые, задействовав компьютерную программу, рассчитали, что общее число стационарных состояний кубика Рубика превосходит 43×1018 (точное значение 43 252 003 274 489 856 000). Эта совокупность была разделена на 2,2 миллиарда групп, каждая из которых содержала 20 миллиардов позиций.

Читайте также: Нанотехнологии Леонардо да Винчи

По словам профессора Дэвидсона, было бы совершенно безнадежным попытаться просчитать все эти варианты. Поэтому исследователи сократили их число путем выявления дубликатов, используя теорию симметрии для выявления сходных комбинаций.

Пользуясь тем, что изменение положения кубика в пространстве и зеркальные его отражения дают похожие позиции — варианты с аналогичными решениями, математикам удалось уменьшить число групп до 55 882 296.

Для подобных вычислений обычно применяют суперкомпьютеры. Но исследователи пошли по другому пути. Чтобы проверить все эти комбинации, они задействовали целый парк довольно мощных компьютеров. Оборудование предоставила корпорация Google, в которой работает один из авторов исследования.

Распределение нагрузки на несколько машин позволило за несколько недель выполнить все необходимые расчеты. "На рассмотрение одной группы расчетов хороший компьютер тратит 20-30 секунд", — говорит Дэвидсон.

По его оценкам, одному приличному настольному персональному компьютеру с четырехъядерным процессором микроархитектуры Nehalem и тактовой частотой 2,8 гигагерц на это потребовалось бы около 35 лет машинного времени.

Читайте также: Математические коды кругов на полях

Полученный минимум в 20 ходов получил название "число Бога", поскольку только ему было изначально известно оптимальное число комбинаций, необходимое для решения головоломки.

Долгое время ученые полагали, что теоретический минимум необходимых ходов равняется 18, пока в 1995 году давнему фанату головоломки, математику Майклу Риду (Michael Reid), не удалось доказать, что существует позиция, требующая 20 перестановок. На проверку новой гипотезы ушло 15 лет. И это исследование, по-видимому, последнее.

"Мы знаем теперь наверняка, что это волшебное число равно 20, — заявил профессор Морли Дэвидсон, математик из Кентского государственного университета в штате Огайо. — Правда, мы втайне надеялись, что в ходе тестов найдем комбинацию, для которой нужен 21 ход", — сказал Дэвидсон.

Знаменитая головоломка была создана в 1974 году венгерским скульптором и архитектором Эрно Рубиком. С тех пор она стала одной из наиболее популярных игр. Считается, что кубик Рубика — лидер среди игрушек по общему количеству продаж: по всему миру было продано порядка 350 миллионов кубиков Рубика, — как оригинальных, так и различных аналогов. Если их поставить в ряд, то цепь головоломок протянется почти от одного до другого полюсов Земли.

Читайте также в рубрике "Наука и техника"