一只女表與世界一流大學(xué)的故事 | “愚人節(jié)”
?圖一 ，今天收藏的四塊手表
撰文 | 吳建永（美國(guó)喬治城大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授）
責(zé)編 | 陳曉雪
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我周末喜歡逛跳蚤市場(chǎng)，尋找被人遺忘的故事。有句老話說(shuō)，“東西放對(duì)地方就是寶藏，放錯(cuò)地方就是垃圾。”其實(shí)原話是這樣的：“一個(gè)人找對(duì)單位就是人才，找錯(cuò)單位就會(huì)變成流氓?！?/p>
我在跳蚤市場(chǎng)上收集了不少舊手表，比如今天收集的四塊，只花了五塊錢，它們?cè)?jīng)被人珍藏青睞，現(xiàn)在卻變成可有可無(wú)的舊貨。
上面這四塊表上有多少故事呢？左邊的那塊是“精工舍”（Seiko），是20世紀(jì)70年代中層白領(lǐng)的標(biāo)配?？梢韵胂笾魅嗣刻煸缟舷词R，系好領(lǐng)帶再照照鏡子，然后從桌上拿起表仔細(xì)戴好，出門去上班的場(chǎng)景。
右邊的三塊都是女表，兩塊的表鏈都磨斷了，顯示她們默默陪伴主人多年坎坷人生路。在1940-50年代，女表對(duì)于美國(guó)工薪階層還是奢侈品，多半是在少女時(shí)代就被戴在纖纖細(xì)腕，表隨主人嫁作人婦，生兒育女，打理家務(wù)，后來(lái)幸福地抱起孫兒。最后女人帶著人生的滿足和些許遺憾告別人世，家屬就把衣物首飾匆匆打包賣給跳蚤市場(chǎng)收舊貨的人。
從三塊女表的造型還可以猜猜主人的性格容貌。最右那塊的主人應(yīng)是雍容富泰，中間那位聰明伶俐，而左邊那個(gè)則像個(gè)知識(shí)女性。可是，猜測(cè)歸猜測(cè)，這些女表見證過的豐富人生可以被真實(shí)地回憶嗎？我一直覺得是不可能的，直到遇見我的一位學(xué)生。
這位學(xué)生來(lái)自中國(guó)西南的一個(gè)小學(xué)校，在我實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修的時(shí)候，我們經(jīng)常周末開車出門“游四方”，在寬廣的美國(guó)東部平原上兜風(fēng)。這里曾是美國(guó)重工業(yè)的家園。至今可見巨大的高爐，交織的鐵路和隕石坑一樣的巨大礦場(chǎng)。在二次世界大戰(zhàn)期間，這些地方爆發(fā)出驚人的生產(chǎn)力：赭紅的山崖和漆黑的煤炭變成鋼鐵，造出大炮、飛機(jī)、軍艦、航母等，源源不斷地供應(yīng)歐洲和遠(yuǎn)東戰(zhàn)場(chǎng)，打得兇惡的德寇日寇全無(wú)還手之力。戰(zhàn)后重建冷戰(zhàn)時(shí)期，這些地方也一直支持著美國(guó)制造和工業(yè)強(qiáng)國(guó)的輝煌?？墒乾F(xiàn)在呢？衰落了，廠房爬滿青藤，基礎(chǔ)設(shè)施銹跡斑斑，任憑風(fēng)吹日曬。所以這些地方也叫“鐵銹地帶”（rust belt）。小鎮(zhèn)街上鮮有行人，臨街百貨店早已變成了舊貨店，里面還擺著20世紀(jì)30年代的油燈，鐵火爐，縫紉機(jī)，木質(zhì)家具也早就服務(wù)過幾代人，很多又回到了已經(jīng)變成舊貨商店的家具店，等待著服務(wù)下一個(gè)家庭。
我和學(xué)生一邊感嘆懷古，一面規(guī)劃著未來(lái)。在他供職的中國(guó)西南還有大片未開發(fā)的地區(qū)，要繁榮起來(lái)，再變成眼前這樣的后工業(yè)時(shí)代還需要幾十年。年青的學(xué)生心中充滿使命感，他可以有無(wú)數(shù)的機(jī)會(huì)把自己融入那不可阻擋的城鎮(zhèn)化，現(xiàn)代化，工業(yè)化的浪潮中，通過服務(wù)社會(huì)來(lái)賺取幸福人生以及惠及子孫的財(cái)富和教育。
他等待的機(jī)會(huì)居然說(shuō)來(lái)就來(lái)了。
他母校原是民國(guó)時(shí)期辦的“實(shí)業(yè)救國(guó)”學(xué)校，解放后算個(gè)技術(shù)中專吧。近年來(lái)當(dāng)?shù)爻隽藗€(gè)富豪，在滇緬邊界跑了十幾年單幫，積下的家產(chǎn)不詳。富豪說(shuō)吃了一輩子文化低的虧，心愿就是要把家鄉(xiāng)子弟的教育程度提上去。他衣錦還鄉(xiāng)時(shí)和當(dāng)?shù)馗改腹俸染瓢萘诵值?，?dāng)場(chǎng)決定給母校捐十個(gè)億，讓家鄉(xiāng)擁有一所“世界一流大學(xué)”。各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)這赤子之心高度重視，也立即拍板給該校配套十億，建基礎(chǔ)設(shè)施，要蓋幾棟“比北大清華還洋氣”的大樓。學(xué)校的領(lǐng)導(dǎo)層更是急于干出成績(jī)，決定在本屆領(lǐng)導(dǎo)的任期內(nèi)就完成引進(jìn)世界頂級(jí)儀器的任務(wù)。消息一傳出，小鎮(zhèn)昨夜又東風(fēng)，京城的儀器商們蜂擁而上，全員奔赴這山清水秀的邊陲，不到一周就拿回大把訂單。歐美的儀器制造商也驚動(dòng)了，多年來(lái)歐美研究經(jīng)費(fèi)低迷，許多身懷絕技的小企業(yè)只能不死不活地熬著。這次居然中國(guó)的一所學(xué)校就能帶來(lái)不少訂單，業(yè)內(nèi)一時(shí)傳為佳話。
中國(guó)的效率世界第一。不到一年，紅磚灰瓦的大樓拔地而起。各種進(jìn)口的大木箱堆滿樓道。北京的儀器商派來(lái)了領(lǐng)帶男，拆開木箱把亮光閃閃的儀器裝進(jìn)散發(fā)著裝修味道的實(shí)驗(yàn)室。然后呢？校領(lǐng)導(dǎo)立下軍令狀，凡接收先進(jìn)儀器的系在三年內(nèi)必須出“SCI”文章，全校要在五年內(nèi)打破“CNS”的空白。面對(duì)印滿洋字碼的說(shuō)明書，老師們都傻了眼。纏著領(lǐng)帶男東問西問，按哪個(gè)鈕可以快速出成果？系主任心里急呀，沒日沒夜地和我的學(xué)生微信視頻。畢竟我學(xué)生是學(xué)校里幾年來(lái)唯一留住的培養(yǎng)對(duì)象，也是當(dāng)?shù)厣儆械墓稍L問學(xué)者，出洋開過眼界的。
學(xué)生也天天找我商量，可我也沒見過這種世面啊。多少年來(lái)，科研的套路都是從人開始，研究者先有了想法，然后再找經(jīng)費(fèi)買儀器，即所謂“量體裁衣”?？涩F(xiàn)在這學(xué)校的套路正好反的，喚做“看菜吃飯”。校領(lǐng)導(dǎo)是“世界上有啥好儀器給我來(lái)幾臺(tái)”，而系里則是先把最貴，最好的儀器爭(zhēng)到家再說(shuō)。具體怎么用然后再考慮。學(xué)界的人都批評(píng)這種做法有危險(xiǎn)，就是科研儀器進(jìn)化快，而且往往越新穎的儀器過時(shí)就越快，常常幾年就由新變舊，再過幾年就要給更新儀器騰地方了。恰似把好菜擺桌上卻沒人來(lái)吃，幾個(gè)鐘頭菜就涼了，再過幾天就餿了。
但是，看菜吃飯也不是全錯(cuò)。我們?cè)诿绹?guó)窩著的人經(jīng)常經(jīng)歷沒經(jīng)費(fèi)的情況，也常常需要根據(jù)條件調(diào)整課題。所謂豐年多做，做深，欠年少做，做淺。不這樣肯定不能安度經(jīng)費(fèi)荒年。我本身也是這么俗氣，總不能一看人家花錢如流水就嫉妒，批評(píng)人家領(lǐng)導(dǎo)決策錯(cuò)誤吧？
學(xué)生的系是歷史考古系，原是純文科，有了學(xué)生這樣學(xué)理科人才后開始向技術(shù)方向發(fā)展，想搞點(diǎn)年代鑒定之類的課題。這次富豪捐錢，系里爭(zhēng)取到了全校最大的儀器項(xiàng)目，價(jià)值兩億的原子力顯微鏡。要這儀器也不完全是盲目。幾年前系里有位老師曾經(jīng)拿著一個(gè)當(dāng)?shù)啬乖岢鐾恋慕饘亠椢锏奖本┤ミ^，測(cè)量了其表面鍍金的厚度，這個(gè)工作理清了中國(guó)古代鎦金技術(shù)的一個(gè)重要爭(zhēng)論，不但發(fā)了“SCI”，還得了省里科技獎(jiǎng)。但科學(xué)院里管掃描電鏡的老師要升工程師，搶了第一作者。自然這文章的‘第一單位’也是人家的了。咱校的老師憋了一肚子氣回來(lái)，從此就想要個(gè)“高級(jí)電鏡”。
今天的原子力顯微鏡比起當(dāng)年在北京用的掃描電鏡完全是鳥槍換炮，分辨率高達(dá)0.1 nm, 比老師用過的那臺(tái)電鏡高了上百倍，而且觀察視野超大，竟達(dá)到0.1x 0.1毫米。三維數(shù)據(jù)完全自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)，還帶有非常先進(jìn)的地貌特征識(shí)別和索引系統(tǒng)。買這么高的性能的儀器是否必要主要是聽了儀器商的忽悠，說(shuō)這型號(hào)出現(xiàn)才兩三年，全世界只有五臺(tái)，北京才有兩臺(tái)。
看著這令人驚艷的高性能，我和學(xué)生絞盡腦汁，真想不清怎樣為祖國(guó)璀璨的歷史研究作出貢獻(xiàn)?？墒窃诠涮槭袌?chǎng)時(shí)突然產(chǎn)生了一個(gè)想法：為什么不用它來(lái)解碼一下那女表主人的人生呢？這不但與學(xué)生系里技術(shù)考古的方向吻合，也能充分利用這臺(tái)超級(jí)顯微鏡的分辨能力。真是個(gè)完美的“看菜吃飯”課題！
想法有了，原理竟然如此簡(jiǎn)單。原來(lái)機(jī)械手表記時(shí)靠一系列齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)（圖2）。轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候齒輪機(jī)件互相摩擦，留下無(wú)數(shù)微小的擦痕。這些擦痕非常小，手表運(yùn)轉(zhuǎn)幾十年基本看不到磨損?？墒窃谠恿︼@微鏡下，只有幾個(gè)原子深度的擦痕卻能被看得非常清楚。這樣，手表一生運(yùn)轉(zhuǎn)的歷史就會(huì)被精確記錄在金屬表面的擦痕上，又被原子力顯微鏡精確地描繪下來(lái)。
?圖2，機(jī)械表內(nèi)部的齒輪。右邊白色的環(huán)就是擺輪，紅色的小圓圈就是寶石軸承。圖中右上標(biāo)注著“17 jewels”（17鉆），說(shuō)明此表內(nèi)有17個(gè)寶石軸承。
那么，又怎樣從擦痕中看到主人一生活動(dòng)的歷史呢？我們決定利用的是擺輪-擒縱叉系統(tǒng)的接觸面。手表維持準(zhǔn)時(shí)的原理是靠擺輪自身的固有頻率。發(fā)條的力量驅(qū)動(dòng)擺輪，而擺輪和游絲按自己的固有頻率來(lái)回?cái)[動(dòng)（圖3）。擺輪的鋼軸利用紅寶石作為軸承，紅寶石比鋼軸硬得多，每次擺動(dòng)，寶石都會(huì)在鋼軸上產(chǎn)生幾個(gè)擦痕。如果表的空間位置變化，比如主人揚(yáng)起手臂，擺輪擒縱叉就會(huì)因慣性而位移，擦痕的位置就會(huì)隨之變化。根據(jù)這個(gè)思路，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)決定首先從尋找擦痕位置周期性變化來(lái)入手。沒多久，果然找到了大批周期約一秒左右擦痕的特征指紋。這就是走路時(shí)手臂來(lái)回?cái)[動(dòng)的信號(hào)！配合校內(nèi)其他老師的專長(zhǎng)，他們竟然可以算出手表主人的身高和每天行走的時(shí)間。這個(gè)結(jié)果馬上在國(guó)際頂級(jí)考古雜志上發(fā)了英語(yǔ)文章，提前兩年完成了三年出SCI的軍令狀。
?圖3，擺輪和擒縱叉的原理。圖中紅色的是與陀輪接觸的寶石，為了保持運(yùn)動(dòng)的精確。這兩塊寶石造成的擦痕是實(shí)現(xiàn)精確擦痕分析的主要因素。
接下來(lái)的硬骨頭是怎樣確定擦痕發(fā)生的時(shí)間順序。原理也非常簡(jiǎn)單，就是新的擦痕會(huì)落在舊的擦痕之上。但細(xì)節(jié)里有魔鬼，實(shí)際上信息量實(shí)在太大了。擺輪每秒擺三次，一天就是25萬(wàn)八千次，30多年就是一億次。這么多擦痕重疊落在一起，靠人工解析絕對(duì)不行的?？墒乾F(xiàn)在生物學(xué)大量數(shù)據(jù)分析的技術(shù)已經(jīng)很成熟，結(jié)合人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，終于利用電鏡自動(dòng)采集和特征提取兩大先進(jìn)特征實(shí)現(xiàn)了擦痕的時(shí)間排序。團(tuán)隊(duì)用我提供的三塊在美東地區(qū)使用過的女表，進(jìn)行了擦痕全歷史排序。然后再利用美東地震臺(tái)幾十年記錄的幾百次有感地震，與擦痕的位移進(jìn)行吻合，竟發(fā)現(xiàn)三塊手表的記錄竟然互相印證，精確吻合。這個(gè)結(jié)果簡(jiǎn)直不可思議，跳蚤市場(chǎng)上的舊手表居然變成了像現(xiàn)代智能手表那樣的精確傳感器。
結(jié)果就不用說(shuō)了，文章發(fā)在頂級(jí)雜志上。文章還沒發(fā)國(guó)家基金委派人下來(lái)和學(xué)校談，主動(dòng)要給團(tuán)隊(duì)增加經(jīng)費(fèi)。說(shuō)邊遠(yuǎn)地區(qū)基金申請(qǐng)率一直很低，而且申請(qǐng)到的項(xiàng)目回報(bào)率更低。這個(gè)項(xiàng)目完全是落后地區(qū)的明星項(xiàng)目，國(guó)家基金委很愿意倒貼。
學(xué)生的團(tuán)隊(duì)一下擴(kuò)大了幾十倍，又買了兩臺(tái)更新型號(hào)的顯微鏡，24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)。國(guó)內(nèi)其他單位也跟風(fēng)，一時(shí)間造這種顯微鏡的瑞士公司專門為中國(guó)用戶設(shè)計(jì)了新的型號(hào)，使用手冊(cè)都是北京理工寫的中文版。中國(guó)運(yùn)行的臺(tái)數(shù)馬上達(dá)到世界第一，比第二到第五名的總和還多出兩倍。北京的那個(gè)領(lǐng)帶男腦子挺靈活，不但爭(zhēng)得了國(guó)內(nèi)獨(dú)家代理，還會(huì)在洽談時(shí)靈活打折，給科研處領(lǐng)導(dǎo)回扣返現(xiàn)啥的。生意做得風(fēng)生水起，不久就現(xiàn)金買了四環(huán)內(nèi)的房子。
學(xué)生的團(tuán)隊(duì)在采集樣品方面也實(shí)行了大躍進(jìn)，不但把我收藏的一百多塊女表一網(wǎng)打盡，還派人到世界各地收買了八千多塊各種舊機(jī)械手表。這些戴過幾十年的機(jī)械手表上埋藏了難以想象的人文歷史寶藏，意義是肯定的。他們的方法也不斷被優(yōu)化，為了不斷開發(fā)新的項(xiàng)目，學(xué)生買了幾箱國(guó)產(chǎn)“海鷗大三針”發(fā)給志愿者進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)論就更精確，文章就自然發(fā)得源源不斷。早先還只發(fā)考古領(lǐng)域的雜志，后來(lái)把如公共健康，社會(huì)行為，疾病研究，人體力學(xué)等等雜志也灌水灌得一塌糊涂。從模擬實(shí)驗(yàn)上推論，測(cè)量幾十年前戴表者的身高體重早就不是問題，每日的飲食起居，睡眠時(shí)間以及工作性質(zhì)也能猜個(gè)八九不離十。至少打字的運(yùn)動(dòng)特征指紋已經(jīng)反復(fù)得到確認(rèn)，有篇文章居然根據(jù)手腕的位置推測(cè)出一篇短文的內(nèi)容。手表主人的其他活動(dòng)，如開車，洗衣店，收銀員等工作的特征也在不斷地被揭示。反正人手的活動(dòng)特征映射著個(gè)人主要的社會(huì)活動(dòng)，他們?cè)趺创翟趺从欣?。學(xué)生領(lǐng)軍的現(xiàn)代個(gè)人史研究所（Institute of modern history of individuals ）居然世界知名。以前研究歷史都突出社會(huì)事件而忽略個(gè)人。而這個(gè)研究所的特征則是突出個(gè)人，利用個(gè)人的行為變化研究歷史。
當(dāng)然, 文章多了總有一定比例被撤稿。團(tuán)隊(duì)中造假，數(shù)據(jù)按摩（data massage），疏忽等都出現(xiàn)過。有一個(gè)課題組長(zhǎng)和研究生鬧翻了，后者揭發(fā)了那篇著名的推測(cè)打字內(nèi)容的文章造假，馬上就撤稿了?？墒牵瑘F(tuán)隊(duì)有上百篇文章，一個(gè)新領(lǐng)域畢竟起來(lái)了，領(lǐng)軍人畢竟當(dāng)上了，偶爾撤個(gè)稿啥的并不影響大局。
家鄉(xiāng)的那位富豪樂得合不上嘴，逢人就說(shuō)人傻錢多沒關(guān)系，只要實(shí)心眼往一處砸錢，就一定能辦成大事。他把學(xué)生送給他的一份大數(shù)據(jù)擦痕分析貼在墻上，證明在肯尼迪遇刺的時(shí)候，世界各地很多人在看電視直播時(shí)停住腳步，并用手捂了嘴。
制版編輯：斯嘉麗 |
