人體就像一部機器一樣,使用久了以後,各種功能便會逐漸地衰退甚至故障,其中,俗稱老年痴呆症的阿茲海默病,可能是最讓患者的家屬倍感憂心的。因為腦的逐漸退化,將使人慢慢地喪失語言能力、空間辨識能力、認知能力,智力彷彿回到嬰兒期,但是肉體卻還能像成人般地行動,是此症的可怕之處。

二○一一年的電影《猩球崛起》裡就有一幕已老年痴呆的老人——男主角的父親,看到鄰居一部亮眼的車子,車門沒關的停在住家前的路邊,興起了想開車的念頭而走出去坐進駕駛座。已不記得鄰居是否有將車子熄火並取下鑰匙,總之男主角的父親憑著殘存的記憶,開動了車子。幸運的是,車子的前後各有一部車擋著,而男主角的父親已忘了轉動方向盤這件事,否則後果將不堪設想。

阿茲海默病至今仍然無有效的治療方法,電影中的男主角便是致力於找到可控制甚至治癒的藥。醫藥界研製新藥後,一定要先經過以動物來試驗的階段,電影中被測試的動物是猩猩。施打過男主角研發的新藥後的猩猩,如何判斷其智商是否提高了?其中有一項是讓猩猩玩「河內塔」遊戲。

三根竿子中的其中一根上有兩個以上尺寸皆相異的有孔圓盤,置放的順序是由下到上依次變小。如果每一個圓盤可以在三根竿子上移來移去,但是每次只能移動一個且大盤不能疊在小盤之上,最後將所有的圓盤依照原來的順序改置放於另一根竿子上,這樣的遊戲被稱為河內塔遊戲。

這個遊戲有一個古老的神話傳說。相傳在現今印度北部的貝那拉斯有一間寺廟,廟內安放著一塊插上三根寶石針的黃銅板,其中的一根串有六十四金片,金片的大小由下至上是越來越小,是印度教的三位主神之一的梵天在創造世界時放置的,稱為「梵塔」。梵天並且給了一個移動金片的不渝法則,也就是上述的方式。從此之後,廟裡的值班僧侶便要按照此法則,每天移動一片,將六十四金片移到另一根寶石針,完成之日就是世界滅亡之時。這樣的神話傳說所衍生的問題——至少需要移動幾次才能完成?是一個數學問題,叫做「梵塔」問題。因為有另一種說法是,該寺廟位於現今越南的河內,所以也稱為「河內塔」問題。

如果只有三片,那至少需要移動幾次才能完成呢?答案是7次。假設ABC代表由大至小的三片,置於第一根上(假設形如“CBA____”),要移到第二根,如下的作法便是7次。

1次:BAC__

2次:ACB

3次:A__CB

4次:__ACB

5次:CAB

6次:CBA__

7次:__CBA __

如果有四片,那至少需要移動15次才能完成。電影中男主角帶了一隻小猩猩回家,被其父親取名叫凱撒。凱撒的母親便是移動15次就完成,而讓男主角雀躍不已,認為新藥是有效的。凱撒的母親一定以是如下的作法完成的。

1次:CBA__D

2次:BACD

3次:BADC__

4次:ADCB

5次:DACB

6次:DA__CB

7次:A__ DCB

8次:__ADCB

9次:__DACB

10次:CDAB

11次:DCAB

12次:DCBA__

13次:CBAD

14次:__CBA D

15次:__DCBA __

如果有五片呢?那答案是31次。總而言之,若有N片,那答案是2N1次,此值等於有N項、首項是1、公比是2的等比數列之加總。而由以上的實做過程中,可得知面積最大的那一片只需移動1次,第二大的需移動2次,第三大的需移動4次,…,最小的需要移動的次數是2N1

N15時,2N1=32767,此數除以365的結果約90,也就是說,一天移動一次梵天所放置的金片,九十年才移動了15片次,天啊!那六十四片的河內塔需要幾年的時間才能完成呢?利用微軟的EXCEL或工程用的計算機得知2641大約等於18×1019。這是一個多大的數字呢?換個方式來看吧。如果是每秒移動一次,那將18×1019除以一年三百六十五天的秒數之後,結果是571×109,即約5700億年。

物理學家眼中的宇宙的年齡不過是137億年。看來篤信印度教的凡人,如果知道「河內塔」問題的答案,一定覺得梵天的預言是遙遙無期的。

 

註:參考資料

  1. 維基百科。
  2. 推翻世紀的數學故事 修訂版,豐閣出版。
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