来代替人为附加的符号规则。只要形状设计得当,两块砖确实能做到这一点。”
说到这里,他的话锋忽然一转,语气沉了下来。
“但如果,我们将条件推到极限呢?”
他拿起黑板擦,将刚才画的风筝和飞镖擦掉,重新写下三行简短的英文。
one tile
tiles the plane
only non-periodically
“单砖问题(the Einstein proble。这个名字不是指物理学家爱因斯坦,而是德语里的ein stein——一块石头,一块砖。”
顾南舟的目光扫过长桌边的学生,像是在抛出一个沉重的锚。
“只用一块砖,它能无缝且不重叠地铺满整个二维平面。但是,所有的铺法,都不可能产生周期性的重复。”
教室里出现了短暂的寂静。
“一块砖能铺满平面,这毫无难度,正方形,正六边形都可以。”顾南舟敲了敲白板,“难点在于,它必须没有任何周期铺法的可能。你不能说,我碰巧给它安排了一种花里胡哨的非周期拼法就算成功,那远远不够。”
他加重了语气:“你必须在数学上证明,任何人,哪怕他绞尽脑汁想要拼出一个周期性的图案,只要他拿着这块砖,他就逃不开非周期的宿命。这块砖的几何形状本身,必须成为一种暴政,一种强迫。”
坐在后排的江临,呼吸微微一滞。
立即翻开随身携带的黑色笔记本,在空白页上写下一行字。
不是给出一种非周期铺法,而是强迫所有铺法进入非周期层级。
这是一种降维打击般的约束力。
也正是他的S系统现在最缺乏的特性。
S只是在海量的可能性中疲于奔命地寻找可行解,而顾南舟口中的单砖,却是用自身的几何法则,直接将所有错误路径在萌芽状态就切断。
前面的讨论还在继续。
顾南舟开始梳理历史脉络。
从王氏砖(wang tiles)的不可判定性,讲到替代铺砌(Substitution tilings),再讲到如何利用元砖(tatile)构建更大的层级结构。
讲到深处,黑板上已经推满了替代图、局部补丁、角度约束和几行简单的组合计数。
“为什么一块砖这个看似简单的条件,会让问题变得如此棘手?”
顾南舟指着黑板上的复杂推导。
“因为没有了第二种形状来做缓冲和制约,你无法轻易地切断周期性。单独的一块砖,太容易首尾相连形成平移对称了。”
一个研二的学生苦笑着插话:“老师,这听起来就像是要求我们打造一把钥匙,这把钥匙既能打开世界上所有的门,又偏偏在物理法则上注定了它不能被任何门复制,这要求太反直觉了。”
顾南舟难得地笑了一下。
“比喻得不错,它最艰深的地方就在于,你要把庞大的,甚至趋于无限的全局信息,毫无遗漏地折叠进一个微小的局部几何边界里。”
江临盯着笔记本上那句,把全局信息藏进局部几何里。
这与他之前推演的search_sortwork本质上是同一件事。
在量化的底层系统里,他是试图把全局的排序正确性隐藏进一串局部的pare-swap操作约束中。
在铺砌问题里,则是要把无限平面的非周期性隐藏进一块砖的几道凹凸边界里。
底层逻辑是相通的。
一个多小时的读书班转眼结束。
顾南舟宣布散会,但没有人立刻离开。
学术讨论的余温还在。
几个学生围在长桌前,研究顾南舟带来的一些高清打印图纸。
有人在争论准晶体衍射图谱的对称性,有人在讨论十次对称轴在实际材料中的稳定性。
刚才那个提问的研二学生拿了支铅笔,在草稿纸上随手画着各种扭曲的多边形,试图凑出一个不规则的形状。
“要是真有这么一块符合条件的单砖,它到底会长成什么鬼样子?”
他一边画一边摇头,语气轻松,全当是一个消遣的数学玩笑。
而江临呢?
他当然不是第一次见到这种问题。
S的状态空间爆炸,逼着他反复想一件事。
怎样把看似无穷的路径,压成有限几类状态。
阿里预赛里的磁性几何魔方,也曾逼他把纷乱的空间构型压成连接图与上界。
拆盲盒那道题,则让他再一次确认,只要对称性足够强,状态就不该按具体对象命名,而该按还缺几种这样的等价类命名。
他脑海中,S v0.2的那三个问题。
哪些状态可以合并?
哪些死路可以提前砍掉?
砍掉之后,怎么证明自己没有误杀真正的解?
顾南舟刚才讲的 tatile,像是突然给这三个问题换了一套几何外壳。
转移,不再是 pare-swap,而是一块砖贴上另一块砖。
死路,也不再是跑不通的候选程序,而是一个无法填补的角缺口。
他原本为 S 画过许多状态转移草图。
有些草图,为了看清边界,已经被他画成了几何拼接。
现在,这些草图忽然有了新的名字。
tatile。
substitution。
forced hierarchy。
所以他第一眼想的不是图案好不好看。
而是三个问题。
能不能生成一整张平面?
能不能证明所有合法拼法都被迫归入同一套层级?
如果层级成立,能不能反证周期?
一念及此,江临的手腕开始移动。
笔尖落在纸上,没有迟疑。
他先画了一个极小的风筝形。
那些边都落在同一套辅助网格上,几类角度反复出现,刚好能让凹口和凸边形成有限种邻接关系。
接着,他以一种特定的拓扑结构,将八个这样的小风筝形拼接在一起。
纸面上顿时出现了一个十三边形。
它并不规整。
边缘充满了突兀的内凹和外凸,像是一顶被人粗暴压扁,又用力拧了一把的怪异帽子。
轮廓没有任何常规几何图形的对称美,透着一种冷硬的机械感。
旁边那个画图的博士生眼角余光扫到江临的本子,停下笔,饶有兴致地探过头来。
“同学,你这画的是什么,坏掉的风筝?”
他笑了笑,没有恶意,只是觉得这个形状古怪得有些滑稽。
江临没有抬头,也没有回答。
他的手腕继续移动,在这块怪帽子旁边,紧贴着它的凹槽,画出了第二块一模一样的砖,只是进行了旋转。
严丝合缝。
接着是第三块,第四块。
这些形状怪异的砖块,以一种看似极度别扭,在视觉上让人产生错位感的方式交错在一起。
但它们的边缘却咬合得如同精密的工业齿轮,没有留下一丝缝隙。
解答了学生疑问的顾南舟,正要离开,从江临旁边经过时,刚好看到了这一幕。
不由得停了下来。
低头看着那几块咬合在一起的十三边形,沉默了几秒钟,问道:“这位同学,这是你自己画的?”
“是。”
顾南舟若有所思地问道:“这块形状,能铺满?”
“能。”
一旁的博士生听到江临的肯定回答,立刻来了精神,放下手里的草稿纸转过身来。
“能铺满不稀奇,很多形状只要能凑出一个周期基本胞,就可以周期铺。”
附近几个学生也注意到了这边,还以为江临只是随口放了个大话。
能不能周期铺,哪是看几块手绘图就能断言的。
顾南舟没有将这位博士生的话听进去,他正盯着纸上那几块拼接的图形出神。
那些凹角、凸角和几条斜边的组合关系,正在顾南舟脑海中快速重组。
半晌,他拉开旁边的一把椅子坐下,看着江临,沉吟道:“要不要试着证明一下看看?”
江临点点头。
因为这不是他刚才在教室里灵光一闪的涂鸦。
在过去几天里,他为了Sv0.2反复画过很多局部状态图。
有些是程序里的状态。
有些被他顺手画成了平面上的边界。
他原本只是想找一种可视化方式,帮助自己理解哪些路会死,哪些路会被迫归入同一类。
直到顾南舟讲到tatile,他才意识到,那些被自己当成辅助图的边界草稿,本身就可以变成一个几何问题。
他只是缺乏一套正统的数学语言去包装它。
而今天下午,顾南舟的读书班,刚好把这套语言递到了他手里。
substitution(替代规则)。
forced hierarchy(强迫层级)。
tatile(元砖)。
这些词汇,如同坚固的模具,将他那些原本只是用来辅助理解死路、归类、继承的边界草图,压入了一个能被当代离散几何学界审视的框架内。
“第一步,我不会直接证明非周期,而是先证明它能够铺满整个平面。”
江临说话的时候,在纸的左
说到这里,他的话锋忽然一转,语气沉了下来。
“但如果,我们将条件推到极限呢?”
他拿起黑板擦,将刚才画的风筝和飞镖擦掉,重新写下三行简短的英文。
one tile
tiles the plane
only non-periodically
“单砖问题(the Einstein proble。这个名字不是指物理学家爱因斯坦,而是德语里的ein stein——一块石头,一块砖。”
顾南舟的目光扫过长桌边的学生,像是在抛出一个沉重的锚。
“只用一块砖,它能无缝且不重叠地铺满整个二维平面。但是,所有的铺法,都不可能产生周期性的重复。”
教室里出现了短暂的寂静。
“一块砖能铺满平面,这毫无难度,正方形,正六边形都可以。”顾南舟敲了敲白板,“难点在于,它必须没有任何周期铺法的可能。你不能说,我碰巧给它安排了一种花里胡哨的非周期拼法就算成功,那远远不够。”
他加重了语气:“你必须在数学上证明,任何人,哪怕他绞尽脑汁想要拼出一个周期性的图案,只要他拿着这块砖,他就逃不开非周期的宿命。这块砖的几何形状本身,必须成为一种暴政,一种强迫。”
坐在后排的江临,呼吸微微一滞。
立即翻开随身携带的黑色笔记本,在空白页上写下一行字。
不是给出一种非周期铺法,而是强迫所有铺法进入非周期层级。
这是一种降维打击般的约束力。
也正是他的S系统现在最缺乏的特性。
S只是在海量的可能性中疲于奔命地寻找可行解,而顾南舟口中的单砖,却是用自身的几何法则,直接将所有错误路径在萌芽状态就切断。
前面的讨论还在继续。
顾南舟开始梳理历史脉络。
从王氏砖(wang tiles)的不可判定性,讲到替代铺砌(Substitution tilings),再讲到如何利用元砖(tatile)构建更大的层级结构。
讲到深处,黑板上已经推满了替代图、局部补丁、角度约束和几行简单的组合计数。
“为什么一块砖这个看似简单的条件,会让问题变得如此棘手?”
顾南舟指着黑板上的复杂推导。
“因为没有了第二种形状来做缓冲和制约,你无法轻易地切断周期性。单独的一块砖,太容易首尾相连形成平移对称了。”
一个研二的学生苦笑着插话:“老师,这听起来就像是要求我们打造一把钥匙,这把钥匙既能打开世界上所有的门,又偏偏在物理法则上注定了它不能被任何门复制,这要求太反直觉了。”
顾南舟难得地笑了一下。
“比喻得不错,它最艰深的地方就在于,你要把庞大的,甚至趋于无限的全局信息,毫无遗漏地折叠进一个微小的局部几何边界里。”
江临盯着笔记本上那句,把全局信息藏进局部几何里。
这与他之前推演的search_sortwork本质上是同一件事。
在量化的底层系统里,他是试图把全局的排序正确性隐藏进一串局部的pare-swap操作约束中。
在铺砌问题里,则是要把无限平面的非周期性隐藏进一块砖的几道凹凸边界里。
底层逻辑是相通的。
一个多小时的读书班转眼结束。
顾南舟宣布散会,但没有人立刻离开。
学术讨论的余温还在。
几个学生围在长桌前,研究顾南舟带来的一些高清打印图纸。
有人在争论准晶体衍射图谱的对称性,有人在讨论十次对称轴在实际材料中的稳定性。
刚才那个提问的研二学生拿了支铅笔,在草稿纸上随手画着各种扭曲的多边形,试图凑出一个不规则的形状。
“要是真有这么一块符合条件的单砖,它到底会长成什么鬼样子?”
他一边画一边摇头,语气轻松,全当是一个消遣的数学玩笑。
而江临呢?
他当然不是第一次见到这种问题。
S的状态空间爆炸,逼着他反复想一件事。
怎样把看似无穷的路径,压成有限几类状态。
阿里预赛里的磁性几何魔方,也曾逼他把纷乱的空间构型压成连接图与上界。
拆盲盒那道题,则让他再一次确认,只要对称性足够强,状态就不该按具体对象命名,而该按还缺几种这样的等价类命名。
他脑海中,S v0.2的那三个问题。
哪些状态可以合并?
哪些死路可以提前砍掉?
砍掉之后,怎么证明自己没有误杀真正的解?
顾南舟刚才讲的 tatile,像是突然给这三个问题换了一套几何外壳。
转移,不再是 pare-swap,而是一块砖贴上另一块砖。
死路,也不再是跑不通的候选程序,而是一个无法填补的角缺口。
他原本为 S 画过许多状态转移草图。
有些草图,为了看清边界,已经被他画成了几何拼接。
现在,这些草图忽然有了新的名字。
tatile。
substitution。
forced hierarchy。
所以他第一眼想的不是图案好不好看。
而是三个问题。
能不能生成一整张平面?
能不能证明所有合法拼法都被迫归入同一套层级?
如果层级成立,能不能反证周期?
一念及此,江临的手腕开始移动。
笔尖落在纸上,没有迟疑。
他先画了一个极小的风筝形。
那些边都落在同一套辅助网格上,几类角度反复出现,刚好能让凹口和凸边形成有限种邻接关系。
接着,他以一种特定的拓扑结构,将八个这样的小风筝形拼接在一起。
纸面上顿时出现了一个十三边形。
它并不规整。
边缘充满了突兀的内凹和外凸,像是一顶被人粗暴压扁,又用力拧了一把的怪异帽子。
轮廓没有任何常规几何图形的对称美,透着一种冷硬的机械感。
旁边那个画图的博士生眼角余光扫到江临的本子,停下笔,饶有兴致地探过头来。
“同学,你这画的是什么,坏掉的风筝?”
他笑了笑,没有恶意,只是觉得这个形状古怪得有些滑稽。
江临没有抬头,也没有回答。
他的手腕继续移动,在这块怪帽子旁边,紧贴着它的凹槽,画出了第二块一模一样的砖,只是进行了旋转。
严丝合缝。
接着是第三块,第四块。
这些形状怪异的砖块,以一种看似极度别扭,在视觉上让人产生错位感的方式交错在一起。
但它们的边缘却咬合得如同精密的工业齿轮,没有留下一丝缝隙。
解答了学生疑问的顾南舟,正要离开,从江临旁边经过时,刚好看到了这一幕。
不由得停了下来。
低头看着那几块咬合在一起的十三边形,沉默了几秒钟,问道:“这位同学,这是你自己画的?”
“是。”
顾南舟若有所思地问道:“这块形状,能铺满?”
“能。”
一旁的博士生听到江临的肯定回答,立刻来了精神,放下手里的草稿纸转过身来。
“能铺满不稀奇,很多形状只要能凑出一个周期基本胞,就可以周期铺。”
附近几个学生也注意到了这边,还以为江临只是随口放了个大话。
能不能周期铺,哪是看几块手绘图就能断言的。
顾南舟没有将这位博士生的话听进去,他正盯着纸上那几块拼接的图形出神。
那些凹角、凸角和几条斜边的组合关系,正在顾南舟脑海中快速重组。
半晌,他拉开旁边的一把椅子坐下,看着江临,沉吟道:“要不要试着证明一下看看?”
江临点点头。
因为这不是他刚才在教室里灵光一闪的涂鸦。
在过去几天里,他为了Sv0.2反复画过很多局部状态图。
有些是程序里的状态。
有些被他顺手画成了平面上的边界。
他原本只是想找一种可视化方式,帮助自己理解哪些路会死,哪些路会被迫归入同一类。
直到顾南舟讲到tatile,他才意识到,那些被自己当成辅助图的边界草稿,本身就可以变成一个几何问题。
他只是缺乏一套正统的数学语言去包装它。
而今天下午,顾南舟的读书班,刚好把这套语言递到了他手里。
substitution(替代规则)。
forced hierarchy(强迫层级)。
tatile(元砖)。
这些词汇,如同坚固的模具,将他那些原本只是用来辅助理解死路、归类、继承的边界草图,压入了一个能被当代离散几何学界审视的框架内。
“第一步,我不会直接证明非周期,而是先证明它能够铺满整个平面。”
江临说话的时候,在纸的左