宇宙的心弦
细推物理须行乐 何用浮名绊此身

零知识证明

Posted in Interesting Maths  by Eagle Fantasy on August 14th, 2010

战争中你被俘了,敌人拷问你情报。你是这么想的:如果我把情报都告诉他们,他们就会认为我没有价值了,就会杀了我省粮食,但如果我死活不说,他们也会认为我没有价值而杀了我。怎样才能做到既让他们确信我知道情报,但又一丁点情报也不泄露呢?

这的确是一个令人纠结的问题,但阿里巴巴想了一个好办法,当强盗向他拷问打开山洞石门的咒语时,他对强盗说:“你们离我一箭之地,用弓箭指着我,你们举起右手我就念咒语打开石门,举起左手我就念咒语关上石门,如果我做不到或逃跑,你们就用弓箭射死我。”

强盗们当然会同意,因为这个方案不仅对他们没有任何损失,而且还能帮助他们搞清楚阿里巴巴到底是否知道咒语这个问题。阿里巴巴也没损失,因为处于一箭之地的强盗听不到他念的咒语,不必担心泄露了秘密,而且他确信自己的咒语有效,也不会发生被射死的杯具。

强盗举起了右手,只见阿里巴巴的嘴动了几下,石门果真打开了,强盗举起了左手,阿里巴巴的嘴动了几下后石门又关上了。强盗还是有点不信,说不准这是巧合呢,他们不断地换着节奏举右手举左手,石门跟着他们的节奏开开关关,最后强盗们想,如果还认为这只是巧合,自己未免是个傻瓜,那还是相信了阿里巴巴吧。

“零知识证明”说的是示证者向验证者表明他知道某种秘密,不仅能使验证者完全确信他的确知道这个秘密,同时还保证一丁点秘密也不泄露给验证者。阿里巴巴的这个方案,就是认证理论“零知识证明”的一个重要协议。

除了被俘后如何靠情报保命这个问题,零知识证明在社会领域中还有着很多应用场合。例如你证明了一个世界级的数学难题,但在发表出来之前,总是要找个泰斗级的数学家审稿吧,于是你将证明过程发给了他,他看懂后却动了歪心思,他把你的稿子压住,把你的证明用自己的名义发表,他名利双收,你郁闷至死,你去告他也没用,因为学术界更相信的是这位泰斗,而不是你这个无名之辈。

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xkcd上的一些搞笑geek漫画

Posted in Others  by Eagle Fantasy on August 13th, 2010

Mobius Battle(莫比乌斯环上的战役)

mobius battle

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别轻易相信你的眼睛——2010年最佳视觉错觉奖

Posted in Illusions  by Eagle Fantasy on July 30th, 2010

5月在佛罗里达结束的视觉科学大会上,颁发了2010年度“最佳视觉错觉”大奖。在这个一年一度的视觉盛会上,来自世界各地的视觉科学家贡献出自己这一年精心琢磨出的视觉Demo,争相吸引观众的眼球。虽然满场都是整天研究视觉的心理学家和神经科学家,但大家仍然为参赛者敏锐的观察力和精巧的设计而拍案叫绝。永远有出其不意的视觉错觉,让我们眼睁睁地看着双眼如何“欺骗”我们的大脑,也永远有解不尽的背后谜题等待被探索——也许这就是视觉科学让人深深着迷的一点吧!让我们依次揭开本次比赛的获奖作品,看看在你心目中,哪一个错觉作品最酷呢?

第一名:不可能的运动:磁力斜坡(日本明治高级数学研究所,杉原幸吉(Kokichi Sugihar))

在这个视频中,我们可以四个斜坡从中间一个平台四周向下伸展开来,接着有几个木球被放到斜坡上。令人惊讶的是,木球并非像我们设想的会由平台下滑,而像被无形的磁场吸引着,由斜坡底端“拉”到了平台上。这个看似违背了重力法则的装置并非出自计算机创造的虚拟图像,而是一个可以“眼见为实”的错觉。当装置转动,我们会发现,原来反重力的错觉来源于不同的观察角度——斜坡的真实方向其实和我们最初的判断正好相反,平台才是处于更低的位置。

如果你的目光跟随视频后半段斜坡的移动就会发现,这“不可思议”景象来源于对中间那根支撑柱的错误知觉。根据最初图像的提供的画面信息,我们会很容易默认,画面中所有5根支撑柱都是相互平行,垂直于底面存在的。然而视频后半则揭示出,这完全是视网膜的一个错误解释:不但中央的方柱完全是倾斜的(30秒清晰可辨),连后面两个短支的支柱其实也不是完全垂直的。由于我们对于立体物体的知觉完全是依赖对视网膜上二维图像,例如线条、阴影等信息的快速综合和解释,当信息不完全或恰巧有多解但我们只得到一解时,不可能的场景就出现了。

第二名: 对抗直觉的错觉轮廓 (悉尼大学,巴特•安德逊(Bart Anderson))

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由熵增原理看社会恋爱关系

Posted in Magical Physics  by Eagle Fantasy on June 22nd, 2010

学过物理的人应该都知道热力学第二定律,即熵增原理。它告诉我们,任何一个孤立体系的熵是永不减少的。而熵增原理不仅仅是物理学中最不肯能被推翻的定律之一,它也已经被无限推广以至于在许许多多的社会学问题中都可以看见他的身影。假设我们承认熵增原理是正确的。

然后,我们假设上帝在这个世界创造了n个男人,m个女人。

为了简化问题,我们不考虑XXOO行为的后果。

截至20年前,上帝表示共观察到W_1=min\{m,n\}种组合;

截至10年前,上帝表示共观察到W_2=m*n种组合;

截至今年,上帝表示共观察到W_3=C_{m+n}^2种组合(很邪恶的考虑进了同性恋);

我们都知道玻尔兹曼熵的计算公式为

S=k*ln W(W为微观状态数,k是玻尔兹曼常数)

因此容易计算上面三种状态下的熵值:

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意料之外的绞刑

Posted in My Life  by Eagle Fantasy on June 4th, 2010

今天是2012年12月20日。

正当我在玩三国杀OL玩的正High的时候,突然宿舍门被一脚踢开,几个黑西服黑墨镜的彪形大汉冲了进来,一顿拳打脚踢之后把我按到了地上,其中一个开口对我说道:“Eagle_Fantasy,你于2010年6月4日在Innernet上发表了不和谐文章,犯了十恶不赦的思想罪。你有权保持不沉默,但我们很快会让你沉默的。”

于是,我被天朝的思想警察带到了黑漆漆阴森森的监狱中,我一看,旁边还坐着我同学lbywsm。

党说:“你们两个人都犯了在天朝最罪大恶极的思想罪,证据确凿,我宣布党将于今年结束之前在你们意料之外的一天对你们处以绞刑。”说罢便转身离开。

我们俩瞬间便瘫坐到地上。

突然,我嘴角微微上扬。

lbywsm问道:“为啥冷笑?”

“我忽然发现,党这样宣判我们实际上是对我们开恩了,我们最终会被释放。”

“怎么讲?从今天到2012年12月31号之中的任何一天党都有可能处死我们,而我们是不知道究竟会是哪一天的,所以哪一天都会出乎我们意料之外啊..”

“你仔细想一下,假设我们顺利的活到了12月31日,党说要在今年结束之前处死我们,是不是我们就可以确定党要在12月31日那天处死我们了?这样的话不就在我们意料之中了吗?这就跟党说过的话矛盾了。于是,我们可以确信,党不会在31号处死我们。然后再往前推,如果我们活到了30号,而我们又可以确信党是不会在31号处死我们的,于是我们就知道党将在30号绞死我们,可是我们也预料到了这一点,于是党也不能在30号处死我们……”

“于是,如果继续往前推的话,也就是说,党不能在任何一天绞死我们,否则就自相矛盾了?”

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一个电磁学“佯谬”

Posted in Magical Physics  by Eagle Fantasy on May 18th, 2010

高中时候看到《费恩曼物理学讲义》第二卷17-4《一个佯谬》的时候,非常困惑,如今终于明白了一些,虽然具体的计算工作还做不了。这个佯谬是这样的:

试想构造一个如右图所示的装置。一个绝缘的圆盘通过摩擦力可以完全忽略的轴承套在一个轴上,可以自由旋转。圆盘上,放着一个与之同轴的线圈,通过这个线圈的电流由同样是放在圆盘上的一个小电池提供。圆盘的边缘上固定着一些金属球,注意它们是和圆盘固连在一起的,这些小球每一个都带有一定的电量Q。现在初始条件为有电流通过,整个装置静止不动。

现设想,如果突然切断电源旁的一根导线导致电流变为0,整个圆盘会发生转动吗?电流减小,导致通过线圈的磁通量减少,而磁通量的变化会在空间中激发出感生电场,感生电场的方向为圆形,可以使全部带电的金属球受到圆盘边缘切向方向的力,从而产生一个净力矩导致整个圆盘转起来。然而,从另一个角度来分析,将得出截然相反的结论:因为切断电源的力大小可以忽略,对整个系统没有力矩的贡献,所以整个系统角动量守恒,圆盘仍然将保持不动(整个系统包括圆盘、金属球、线圈以及电源)!

为什么两种途径的分析会产生截然不同的结果呢?真实的物理情景到底是转还是不转呢?

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