تاریخ:ژانویه 18, 2021

نیوتون علیه لاس وگاس؛ فیزیک چطور با استفاده از علم، در رولت پیروز شد؟

به قلم پل هالپرن از وبسایت فوربز – چرخ رولت نمادی از سیستمی به شمار می رود که نتیجه آن کاملا براساس شانس مشخص می شود، ولی همه چرخ های رولت هم مثل هم ساخته نشده اند.

در حالی که انیشتین در اقدامی مشهور سعی کرد جلوی تاس ریختن خدا را بگیرد (از قمار خدا جلوگیری کند)، این تلاش هایش تاثیری روی همکارانش در فیزیک نداشت. در واقع گاهی اوقات پیش می آمد که دانشمندان هم با شنیدن صدای دلنشین سکه ها و توکن ها روی هم، وسوسه شوند؛ صدایی که خیلی ها را به کازینوها می کشاند. بعد از یک روز تحقیقات فشرده با استفاده از فرمول شبیه سازی مونته کارلو (تکنیک شبیه سازی مشهور در ریاضیات)، شاید دانشمندان هم دوست داشته باشند پشت میز بخت آزمایی بنشینند یا پشت چرخ رولت قرار گیرند.

شبیه سازی مونته کارلو، سبب می شود پاسخ تقریبی هر مساله ای با شبیه سازی نتایج احتمالی که از یک قانون خاص پیروی می کنند را پیدا کرد. در تصویر بالا، هزاران شبیه سازی برای تخمین نتیجه کنار هم قرار گرفته اند

نظریات انیشتین در کنار این عقیده که فیزیک کوانتوم اساسا قطعی است، قرار می گیرد. به همین ترتیب، با آگاهی از وضعیت اولیه سیستم کوانتومی با دقت مطلق و همچنین تمام نیروهای مربوطه، محاسبه همه حالات آینده آن را ممکن می کند. در مقابل، برخی آزمایش ها، با تکیه بر قضیه معروف جان بل (Theorem of John Bell)، این امر را اثبات کرده اند که اندازه گیری های کوانتومی به اندازه ای تصادفی هستند که نمی توان نادیده‌شان گرفت. از جنبه فیزیک، واقعا راهی نیست که با حدس نتایج کوانتومی، دیلر را شکست داد. شاید عجیب باشد، ولی تعیین کنندگی یک رول تاس، بیشتر از اندازه گیری کوانتومی معمول است. به خاطر این است که تاس ریختن عمدتا فرایندی کلاسیک است که براساس قوانین مکانیکی نیوتون اجرا می شود. به طور کلاسیک، اگر بتوانید موقعیت، جهت گیری و سرعت اولیه یک جفت تاس پرتاب شده را ثبت کنید و در کنار این، شرایط محیطی مثل جریان هوا را پیدا کنید، می توانید بگویید تاس های مورد نظر جفت یک، جفت شش یا ترکیبی بین این ها خواهند بود.

رولت بازی شانسی دیگری است که با در اختیار داشتن برخی اطلاعات اولیه از شرایط و نیروهای درگیر، کاملا قابل پیش بینی است. با قطعیت می توان گفت وقتی توپی وارد چرخ می شود و چرخ شروع به چرخش می کند، سرنوشت آن در خصوص این که روی کدام خانه خواهد ایستاد، مشخص شده است. اینکه توپ و چرخ در ابتدای پرتاب چه شرایطی دارند بدون شک تعیین کننده سرنوشت نهایی است و توپ با قرار گرفتن در یکی از خانه ها، به قماربازانی که روی آن شرط بسته اند، پاداش می دهد.

 با این حال، در واقعیت، رولت طوری پیش نمی رود که فرصت استفاده از قوانین فیزیک را داشته باشید. علاوه بر این، این که تغییر بسیار کوچکی در شرایط اولیه همانند سرعت و زاویه توپ می تواند نتیجه کار را کاملا تغییر دهد، باعث می شود پیش بینی سرنوشت توپ، بسیار سخت جلوه کند. برخی کازینوها شرط بندی بعد از پرتاب توپ را ممنوع کرده اند. برخی دیگر اما، شاید به خاطر بالا بردن هیجان، به قماربازان اجازه می دهند طی چند چرخش اولیه هم شرط بندی کنند و در ادامه دیلر اعلام می کند زمان شرط بندی تمام شده است. شاید بعضی ها الان فکر کنند نگاهی سریع به چرخش اولیه توپ می تواند باعث تخمین نسبتا نزدیکی از مقصد نهایی توپ شود.

در اواخر دهه 40 میلادی، دو دوست در دانشگاه شیکاگو، آلبرت هیبس، فارغ التحصیل ریاضیات و روی والفورد، دانشجوی پزشکی، تصمیم گرفتند تحقیقات خود را برای مدتی تعطیل کنند و بازی های کازینویی را شکست دهند. آن ها سراغ تنها ایالتی که آن موقع قمار در آن قانونی بود، یعنی نوادا، رفتند. آنجا به دقت در مورد ویژگی های مختلف چرخ رولت تحقیق کردند و به دنبال راه هایی برای استفاده از ضعف های آن بودند. در ادامه با همین هدف؛ سراغ کازینوهای لاس وگاس هم رفتند.

هیبز در قمارهایی که در سال 1947 در کازینوهای لاس وگاس انجام داد، تقریبا 12 هزار دلار به دست آورد

چرخ های اولیه زمخت تر از نمونه های امروزی بودند و نقاط ضعف خود را داشتند. نقاط ضعفی که دو دانشجو از آن ها سردرآوردند و پیش بینی های موفقی داشتند. آن ها با مطالعه ویژگی های مکانیکی دستگاه های مختلف، مدل های پیش بینی ساختند، شرط هایشان را به دقت روی خانه ها قرار دادند و توانستند هزاران دلار به جیب بزنند. بیشتر این پول ها را هم صرف خرید قایق تفریحی کرده و دور دنیا سفر کردند.

بعد از اتمام ماجراجویی های قمار، هیبز که مدرک کارشناسی اش را از دانشگاه فناوری کالیفرنیا (مشهور به کَل تِک) دریافت کرده بود، به عنوان فارغ التحصیل فیزیک نظری، به آنجا بازگشت و دکترای خود را زیر نظر ریچارد فینمان، گرفت. او به همراه فینمان، کتابی تحت عنوان مکانیک کوانتومی و انتگرال های مسیر (Quantum Mechanics and Path Integrals) به رشته تحریر درآورد. این دو نفر تا پایان زندگی، دوستان صمیمی ماندند.

هیبز و والفورد در مورد روش هاش شکست دادن چرخ های رولت، آشکارا صحبت می کردند. در دسامبر 1949 روی جلد مجله مشهور Life هم رفتند. به زودی، شست کازینودارها خبردار شد و شروع به ارتقای دستگاه های خود کردند. چرخ های مشکل دار با چرخ هایی که روان تر می چرخیدند، جایگزین شدند. کازینوها می خواستند اطمینان حاصل کنند کسی نمی تواند به دستاورد دو دانشمند جوان دست پیدا کند.

در ژانویه 1959، گروچو مارکس، هیبز را به برنامه تلویزیونی محبوب پربیننده اش، سر زندگی ات شرط می بندی (You Bet Your Life)، دعوت کرد. میلیون ها نفر بیننده تلویزیونی در مورد دستاورد هیبز شنیدند. گروچو هم تمام شوخی هایی که می توانست با هیبز به عنوان فیزیکدان قمارباز انجام دهد، رو کرد.

آلبرت هیبز در برنامه محبوب گروچو مارکس (1959)

هم هیبز و هم والفورد، دوران کاری فوق العاده ای سپری کردند. هیبز بعد از فارغ التحصیلی به ناسا رفت و به عنوان صدای ناسا، مشهور شد. پشت پرده هم در ماموریت های مختلفی درگیر بود. در یکی از مهم ترین آن ها، در 31 ژانویه 1958، نقشی اساسی در پرتاب Explorer 1، اولین ماهواره آمریکایی برای گردش در دور زمین، ایفا کرد. این پرتاب، 6 هفته بعد از اقدامی مشابه از سوی شوروی انجام می شد. علاوه بر این، هیبز به عنوان یکی از فضانوردان ماموریت مشهور آپولو هم آموزش دید، ولی در ادامه به دلیل لغو شدن برنامه در اوایل دهه 70، هیچ گاه انتخاب نشد.

والفورد به عنوان فیزیکدان در حمایتش از رژیمی که استفاده از کالری را شدیدا محدود می کرد، مشهور شد. او سال ها جزو هیات علمی دانشگاه UCLA بود و در پروژه های مشهور دیگری همانند Biosphere II هم شرکت داشت؛ پروژه ای برای ایجاد محیطی پایدار و قابل زندگی دور از منابع زمینی تلاش می کرد.

در 1955، ادوارد تورپ که دانشجوی سال دوم فیزیک بود، در مورد تجربه هیبز و والفورد شنید و تصمیم گرفت شانس خودش را برای شکست کازینوها امتحان کند. چون چرخ های رولت دیگر اشکالات گذشته را نداشتند، او تصمیم گرفت استراتژی های جدیدی پیاده کند. به این نتیجه رسید که می توان با کمک کامپیوتری کوچک که در لباس یکی از اطرافیان دور میز قرار گرفته، فهمید چرخ چطور می چرخد و توپ چطور پرتاب می شود تا به پیش بینی مورد نظر دست پیدا کرد. این فرد که وانمود می کند تنها مشغول تماشای بازی است، پیش بینی انجام شده را از طریق رادیو برای نفر دوم، که شرط بندی را انجام می کند، می فرستد.

بعد از ساخت دستگاه اولیه و انجام تست های ابتدایی، در اوایل دهه 50 تورپ وارد هیات علمی دانشگاه MIT شد و در آنجا با ریاضیدانی به نام کلود شانون آشنا شد. شانون که بیشتر برای تاثیراتش در خصوص نظریه داده ها (information theory) مشهور بود، به شیوه های نوین تورپ برای استادی در بلک جک علاقمند شد. وقتی هم در مورد ایده پیش بینی نتیجه چرخ رولت شنید، بلافاصله برای ساخت چرخ های نمونه و کامپیوترهای کوچک برای دنبال کردن حرکات آن ها، دست به کار شد.

ادوارد تورپ، دانشمند علاقمند قمار که اینجا در مورد چگونگی بردن در بلک جک توضیح می دهد

تا سال 1961، تورپ و شانون قدرتمندترین کامپیوتر پوشیدنی دنیا را ساخته بودند. کامپیوتر آن ها فقط به اندازه یک پاکت سیگار بود و می شد آن را در زیر لنگه کفشی که برای این کار ساخته شده بود، جا داد. بعد از به حرکت درآمدن چرخ و توپ، می شد با انگشتان پا کامپیوتر را راه انداخت تا زمان بندی و سایر اطلاعات را جمع آوری کند. بعد از اینکه کامپیوتر داده های لازم را جمع آوری می کرد، آن را در قالب یک آهنگ موسیقایی به بلندگوی کوچکی که در یک سمعک قرار داده شده بود، ارسال می کرد. سیم ها تا جایی که ممکن بود از نظر مخفی بودند.

تورپ و شانون برای چند سال در کنار همسرانشان، روش های مختلف پیش بینی نتیجه رولت را در لاس وگاس امتحان کردند. نمی خواستند به عنوان کسانی که همیشه دیرتر از بقیه شرط می کنند، شناخته شوند. از این رو، باید شرط بندی های ایده آلشان را با شرط های تصادفی، ترکیب می کردند. این ترکیب باعث می شد سود کردن برایشان سخت باشد. در نهایت در 1966، تورپ تصمیم گرفت قضیه را همگانی کرده و روش هایشان را منتشر کند.

در آن موقع، تورپ استاد ریاضیات دانشگاه یو سی اروین بود. سال های سال این شغل را در اختیار داشت و به انتشار مقالات و کتاب ها در مورد ریاضی و علم قمار، ادامه داد.

کلود شانونِ ریاضیدان که برای شکست دادن کازینوها با تورپ همکاری می کرد

نسل بعدی استادان بزرگ رولت، دانشجویان فارغ التحصیل دانشگاه یو سی سانتاکروز در دهه هفتاد بودند که زیرک تر هم بودند. جی دوین فارمر، فارغ التحصیل فیزیک نجومی و نورمان پک هارد، فارغ التحصیل آمار، رهبران گروه به حساب می آمدند. خود را به عنوان پروژه روزتا استون (Project Rosetta Stone) معرفی می کردند و بعدها از آن ها تنها به عنوان پروژه، یاد می شد. توماس باس، یکی از اعضای گروه بود که روش هایشان را در کتابی تحت عنوان The Eudaemonic Pie منتشر کرد.

فارمر که مشتاق بود روش تورپ را ارتقا دهد، کامپیوتر کفشی کوچک تری ساخت که پردازده به روزی داشت و استفاده از دکمه هایش راحت تر بود. برای حذف سیم ها، کامپیوتر سیگنال های دریافتی اش را در قالب ویبره (لرزش) به قسمتی از پا ارسال می کرد. این گروه توانست به صورت مخفی از دستگاه خود در کازینوها استفاده کند و به ازای هر دلار، 44 درصد سود به جیب بزند. تمام درآمدها بین اعضای گروه تقسیم می شد.

«کفش کامپیوتر» مشهور گروه روزتا استون که برای پیش بینی نتیجه رولت در کازینوها مورد استفاده قرار می گرفت

بعد از آنکه فارمر و پک هارد تحصیلاتشان را به پایان رساندند، به شاخه ای از دینامیک تحت عنوان دینامیک بی نظمی (chaotic dynamics)، علاقمند شدند و برای مطالعه سیستم هایی که به شکل بی نظم رفتار می کنند، رشته ای تحت عنوان Dynamical Systems Collective را بنیانگذاری کردند. گروه خیلی سریع به شهرت رسید و چندین مقاله هم به چاپ رساند.

در اواسط دهه 80، کازینوها بار دیگر دستگاه های خود را ارتقا داده و استفاده از کامپیوترها را ممنوع کردند. با اینکه از لحاظ نظری، امروزه دانشجویان ریاضیات و آمار کار سخت تری برای پیروزی بر کازینوها دارند، گروهی تحت عنوان MIT Blackjack، توانست در دهه 90، روشی را با موفقیت پیاده سازی کند که جزئیات آن در کتاب شکست کازینو (Bringing Down The House) منتشر شده است.

از هیبز و والفورد گرفته تا تورپ و شانون و در نهایت فارمر و پک هارد، می بینیم که چطور علاقه برای شکست دادن احتمالات، به دوران کاری موفق بدل شده است. روی چرخ رولت زندگی، قمار آن ها خیلی خوب جواب داد.

توضیح: پل هالپرن فیزیکدان و نویسنده کتاب «هزارتوی کوانتوم: چطور ریچارد فینمان و جان ویلر زمان و واقعیت را متحول کردند» است و در این یادداشت طولانی به واکاوی تاریخچه تلاش های موفق دانشمندان فیزیک، ریاضیات و آمار برای شکست دادن بازی های کازینویی می پردازد.

مطالب مرتبط:

مهندس صنایع، علاقمند به بازی به خصوص بازی های ورق، نویسنده آزاد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *