本文由公眾號 “把科學帶回家” 提供

給孩子最好的科學教育



在日本朝日放送的一檔叫做探偵!ナイトスクープ Knight Scoop 的節目里,有一個叫做秋原俊彥的73歲老爺爺在醫生的診室里看到了一個游戲,然后深深入迷。他求醫生把這個游戲送給他,然后在家花了10年時間想解開,但是做不到。不但秋原老爺子解不開,大多數觀眾也被難住了。


這個游戲是這樣的——




這個游戲的目標是,在不暴力拆解的情況下,讓銀環從綠球這里到另一邊的紅球這里。


你想到的方法大家都想過了,都不是解法。


銀環不可能套過中間那個木頭環——



銀環也不可能從木頭環的中間穿過去——



基座拆不開,繩子也繞不過去——





實際上,難住老爺爺的這個解密游戲歷史悠久,也曾經難住了一代又一代的人。但是因為它的魅力巨大,所以一直流傳到現在,而且傳播到了許多國家,在西方和東亞都有不同的版本。


你能解開這個繩結捆綁游戲嗎?







關鍵概念


所羅門封印



材料和操作


一根木條(也可以用粗一點的吸管代替)


一根繩子


兩個圓環






在木條上打3個洞,然后把繩子和圓環按照上面圖片里的樣子組裝好,就可以開始玩啦。這個版本其實和一開始介紹的那個游戲是一樣的道理,解法也是類似的。


這個游戲的目標是,讓右邊的那個圓環和左邊的圓環貼在一起。不能把木條弄斷,也不能把繩子剪斷。


你想到解答方法了嗎?



如果你覺得有點難,那先用下面這個簡單的題目來熱熱身吧。


看看下面這個情況,應該怎樣把插頭松綁?




其實這個插頭是這樣解出來的——






再來一道類似的題,求如何給自己松綁?




解法——




這有沒有給你一點啟示呢?


如果你還是不知道應該怎么解,在 把科學帶回家 后臺回復 求求你告訴我,就可以得到答案啦。



原理


在這檔 Knight Scoop 節目里,后來在日本知惠之輪協會的山本徹的幫助下,這個謎題終于得到了解答。



這個解密游戲,在西方有 wedding rings,the ox yokeloop de loopafrican ball 或者 Solomon’s seal 等各種名字。


這個游戲最早可以追溯到16世紀的意大利的數學家,達·芬奇(為什么老是你?)的老友盧卡·帕西奧利(Luca Pacioli)撰寫的De Viribus Quantitatis(數字的力量)。


這個游戲也有東亞的版本。這幅1836年的日本圖畫里也描繪了這個游戲,這也是我們上面介紹手工制作的版本。



這個游戲的設定是這樣的,戀人 Osome 和 Hisamatsu 因為某些原因分離了,你要努力使他們重新在一起。



有很多實用主義的人會說,這些游戲有什么用?


其實,這些游戲和拓撲學有關。歷史上拓撲學游戲曾經啟發了重要的數學發現。


比如,柯尼斯堡七橋問題(Konigsberg bridge)問題就啟發了歐拉。歐拉在1736年寫了一篇論文證明這個問題無解。歐拉的這篇論文成為圖論這個數學分支的起源。


柯尼斯堡七橋問題:當時東普魯士柯尼斯堡(今日俄羅斯加里寧格勒)市區跨普列戈利亞河兩岸,河中心有兩個小島。小島與河的兩岸有七條橋連接。在所有橋都只能走一遍的前提下,如何才能把這個地方所有的橋都走遍?

@wikipedia


如果上面這些游戲都難不倒你,可以試一試下面這個進階版本的拓撲游戲。你覺得在不暴力拆解的情況下,左圖可能變成右圖嗎?



這個拓撲游戲其實想表達的是拓撲學里的一個基礎概念:咖啡杯的拓撲形態和甜甜圈是一毛一樣的。


@wikipedia


好了,在拓撲學里的解法如下。


@西山豊,大阪經濟大學


好的我知道又有人要問:“這有什么用?”


很多人不是想知道小昭戴著鐐銬是怎么換衣服的嗎?



這就是金庸隱藏的答案啊!你把白色的東西看成手銬,把雙手合十的小昭看成是一個圈,你看在拓撲學的世界里小昭的鏈子根本就沒有同時銬住她的雙手啊。

(?? ?д?? )?


大概就是因為小昭暗自掌握了這個拓撲學知識,所以金庸大俠才在《倚天屠龍記》后記里提到小昭是他在書中最喜愛的角色吧。



這個捆綁游戲,五百年來難住了無數高智商 | 科學DIY

圖文簡介

有趣的捆綁游戲原來蘊含了這么多科學原理