一隻女表與世界一流大學的故事 | 「愚人節」

?圖一 ，今天收藏的四塊手錶

撰文 | 吳建永（美國喬治城大學醫學院神經科學教授）

責編 | 陳曉雪

知識分子為更好的智趣生活 ID：The-Intellectual

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我周末喜歡逛跳蚤市場，尋找被人遺忘的故事。有句老話說，「東西放對地方就是寶藏，放錯地方就是垃圾。」其實原話是這樣的：「一個人找對單位就是人才，找錯單位就會變成流氓。」

我在跳蚤市場上收集了不少舊手錶，比如今天收集的四塊，只花了五塊錢，它們曾經被人珍藏青睞，現在卻變成可有可無的舊貨。

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70年代中層白領的標配。可以想像主人每天早上洗漱整齊，系好領帶再照照鏡子，然後從桌上拿起表仔細戴好，出門去上班的場景。

右邊的三塊都是女表，兩塊的錶鏈都磨斷了，顯示她們默默陪伴主人多年坎坷人生路。在1940-50年代，女表對於美國工薪階層還是奢侈品，多半是在少女時代就被戴在纖纖細腕，表隨主人嫁作人婦，生兒育女，打理家務，後來幸福地抱起孫兒。最後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。最右那塊的主人應是雍容富泰，中間那位聰明伶俐，而左邊那個則像個知識女性。可是，猜測歸猜測，這些女表見證過的豐富人生可以被真實地回憶嗎？我一直覺得是不可能的，直到遇見我的一位學生。

這位學生來自中國西南的一個小學校，在我實驗室進修的時候，我們經常周末開車出門「游四方」，在寬廣的美國東部平原上兜風。這裡曾是美國重工業的家園。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。在二次世界大戰期間，這些地方爆發出驚人的生產力：赭紅的山崖和漆黑的煤炭變成鋼鐵，造出大炮、飛機、軍艦、航母等，源源不斷地供應歐洲和遠東戰場，打得兇惡的德寇日寇全無還手之力。戰後重建冷戰時期，這些地方也一直支持著美國製造和工業強國的輝煌。可是現在呢？衰落了，廠房爬滿青藤，基礎設施銹跡斑斑，任憑風吹日晒。所以這些地方也叫「鐵鏽地帶」（rust belt）。小鎮街上鮮有行人，臨街百貨店早已變成了舊貨店，裡面還擺著20世紀30年代的油燈，鐵火爐，縫紉機，木質傢具也早就服務過幾代人，很多又回到了已經變成舊貨商店的傢具店，等待著服務下一個家庭。

我和學生一邊感嘆懷古，一面規劃著未來。在他供職的中國西南還有大片未開發的地區，要繁榮起來，再變成眼前這樣的後工業時代還需要幾十年。年青的學生心中充滿使命感，他可以有無數的機會把自己融入那不可阻擋的城鎮化，現代化，工業化的浪潮中，通過服務社會來賺取幸福人生以及惠及子孫的財富和教育。

他等待的機會居然說來就來了。

他母校原是民國時期辦的「實業救國」學校，解放後算個技術中專吧。近年來當地出了個富豪，在滇緬邊界跑了十幾年單幫，積下的家產不詳。富豪說吃了一輩子文化低的虧，心愿就是要把家鄉子弟的教育程度提上去。他衣錦還鄉時和當地父母官喝酒拜了兄弟，當場決定給母校捐十個億，讓家鄉擁有一所「世界一流大學」。各級領導對這赤子之心高度重視，也立即拍板給該校配套十億，建基礎設施，要蓋幾棟「比北大清華還洋氣」的大樓。學校的領導層更是急於干出成績，決定在本屆領導的任期內就完成引進世界頂級儀器的任務。消息一傳出，小鎮昨夜又東風，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。歐美的儀器製造商也驚動了，多年來歐美研究經費低迷，許多身懷絕技的小企業只能不死不活地熬著。這次居然中國的一所學校就能帶來不少訂單，業內一時傳為佳話。

中國的效率世界第一。不到一年，紅磚灰瓦的大樓拔地而起。各種進口的大木箱堆滿樓道。北京的儀器商派來了領帶男，拆開木箱把亮光閃閃的儀器裝進散發著裝修味道的實驗室。然後呢？校領導立下軍令狀，凡接收先進儀器的系在三年內必須出「SCI」文章，全校要在五年內打破「CNS」的空白。面對印滿洋字碼的說明書，老師們都傻了眼。纏著領帶男東問西問，按哪個鈕可以快速出成果？系主任心裡急呀，沒日沒夜地和我的學生微信視頻。畢竟我學生是學校里幾年來唯一留住的培養對象，也是當地少有的公派訪問學者，出洋開過眼界的。

學生也天天找我商量，可我也沒見過這種世面啊。多少年來，科研的套路都是從人開始，研究者先有了想法，然後再找經費買儀器，即所謂「量體裁衣」。可現在這學校的套路正好反的，喚做「看菜吃飯」。校領導是「世界上有啥好儀器給我來幾台」，而系裡則是先把最貴，最好的儀器爭到家再說。具體怎麼用然後再考慮。學界的人都批評這種做法有危險，就是科研儀器進化快，而且往往越新穎的儀器過時就越快，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吃，幾個鐘頭菜就涼了，再過幾天就餿了。

但是，看菜吃飯也不是全錯。我們在美國窩著的人經常經歷沒經費的情況，也常常需要根據條件調整課題。所謂豐年多做，做深，欠年少做，做淺。不這樣肯定不能安度經費荒年。我本身也是這麼俗氣，總不能一看人家花錢如流水就嫉妒，批評人家領導決策錯誤吧？

學生的系是歷史考古系，原是純文科，有了學生這樣學理科人才後開始向技術方向發展，想搞點年代鑒定之類的課題。這次富豪捐錢，系裡爭取到了全校最大的儀器項目，價值兩億的原子力顯微鏡。要這儀器也不完全是盲目。幾年前系裡有位老師曾經拿著一個當地墓葬出土的金屬飾物到北京去過，測量了其表面鍍金的厚度，這個工作理清了中國古代鎦金技術的一個重要爭論，不但發了「SCI」，還得了省里科技獎。但科學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，從此就想要個「高級電鏡」。

今天的原子力顯微鏡比起當年在北京用的掃描電鏡完全是鳥槍換炮，解析度高達0.1 nm, 比老師用過的那台電鏡高了上百倍，而且觀察視野超大，竟達到0.1x 0.1毫米。三維數據完全自動輸入計算機，還帶有非常先進的地貌特徵識別和索引系統。買這麼高的性能的儀器是否必要主要是聽了儀器商的忽悠，說這型號出現才兩三年，全世界只有五台，北京才有兩台。

看著這令人驚艷的高性能，我和學生絞盡腦汁，真想不清怎樣為祖國璀璨的歷史研究作出貢獻。可是在逛跳蚤市場時突然產生了一個想法：為什麼不用它來解碼一下那女表主人的人生呢？這不但與學生系裡技術考古的方向吻合，也能充分利用這台超級顯微鏡的分辨能力。真是個完美的「看菜吃飯」課題！

想法有了，原理竟然如此簡單。原來機械手錶記時靠一系列齒輪的轉動（圖2）。轉動的時候齒輪機件互相摩擦，留下無數微小的擦痕。這些擦痕非常小，手錶運轉幾十年基本看不到磨損。可是在原子力顯微鏡下，只有幾個原子深度的擦痕卻能被看得非常清楚。這樣，手錶一生運轉的歷史就會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。

?圖2，機械錶內部的齒輪。右邊白色的環就是擺輪，紅色的小圓圈就是寶石軸承。圖中右上標註著「17 jewels」（17鑽），說明此表內有17個寶石軸承。

那麼，又怎樣從擦痕中看到主人一生活動的歷史呢？我們決定利用的是擺輪-擒縱叉系統的接觸面。手錶維持準時的原理是靠擺輪自身的固有頻率。發條的力量驅動擺輪，而擺輪和遊絲按自己的固有頻率來回擺動（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，寶石都會在鋼軸上產生幾個擦痕。如果表的空間位置變化，比如主人揚起手臂，擺輪擒縱叉就會因慣性而位移，擦痕的位置就會隨之變化。根據這個思路，學生的團隊決定首先從尋找擦痕位置周期性變化來入手。沒多久，果然找到了大批周期約一秒左右擦痕的特徵指紋。這就是走路時手臂來回擺動的信號！配合校內其他老師的專長，他們竟然可以算出手錶主人的身高和每天行走的時間。這個結果馬上在國際頂級考古雜誌上發了英語文章，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，為了保持運動的精確。這兩塊寶石造成的擦痕是實現精確擦痕分析的主要因素。

接下來的硬骨頭是怎樣確定擦痕發生的時間順序。原理也非常簡單，就是新的擦痕會落在舊的擦痕之上。但細節里有魔鬼，實際上信息量實在太大了。擺輪每秒擺三次，一天就是25萬八千次，30多年就是一億次。這麼多擦痕重疊落在一起，靠人工解析絕對不行的。可是現在生物學大量數據分析的技術已經很成熟，結合人工智慧的神經網路深度學習，終於利用電鏡自動採集和特徵提取兩大先進特徵實現了擦痕的時間排序。團隊用我提供的三塊在美東地區使用過的女表，進行了擦痕全歷史排序。然後再利用美東地震台幾十年記錄的幾百次有感地震，與擦痕的位移進行吻合，竟發現三塊手錶的記錄竟然互相印證，精確吻合。這個結果簡直不可思議，跳蚤市場上的舊手錶居然變成了像現代智能手錶那樣的精確感測器。

結果就不用說了，文章發在頂級雜誌上。文章還沒發國家基金委派人下來和學校談，主動要給團隊增加經費。說邊遠地區基金申請率一直很低，而且申請到的項目回報率更低。這個項目完全是落後地區的明星項目，國家基金委很願意倒貼。

學生的團隊一下擴大了幾十倍，又買了兩台更新型號的顯微鏡，24小時連軸轉。國內其他單位也跟風，一時間造這種顯微鏡的瑞士公司專門為中國用戶設計了新的型號，使用手冊都是北京理工寫的中文版。中國運行的台數馬上達到世界第一，比第二到第五名的總和還多出兩倍。北京的那個領帶男腦子挺靈活，不但爭得了國內獨家代理，還會在洽談時靈活打折，給科研處領導回扣返現啥的。生意做得風生水起，不久就現金買了四環內的房子。

學生的團隊在採集樣品方面也實行了大躍進，不但把我收藏的一百多塊女表一網打盡，還派人到世界各地收買了八千多塊各種舊機械手錶。這些戴過幾十年的機械手錶上埋藏了難以想像的人文歷史寶藏，意義是肯定的。他們的方法也不斷被優化，為了不斷開發新的項目，學生買了幾箱國產「海鷗大三針」發給志願者進行了模擬實驗，結論就更精確，文章就自然發得源源不斷。早先還只發考古領域的雜誌，後來把如公共健康，社會行為，疾病研究，人體力學等等雜誌也灌水灌得一塌糊塗。從模擬實驗上推論，測量幾十年前戴錶者的身高體重早就不是問題，每日的飲食起居，睡眠時間以及工作性質也能猜個八九不離十。至少打字的運動特徵指紋已經反覆得到確認，有篇文章居然根據手腕的位置推測出一篇短文的內容。手錶主人的其他活動，如開車，洗衣店，收銀員等工作的特徵也在不斷地被揭示。反正人手的活動特徵映射著個人主要的社會活動，他們怎麼吹怎麼有理。學生領軍的現代個人史研究所（Institute of modern history of individuals ）居然世界知名。以前研究歷史都突出社會事件而忽略個人。而這個研究所的特徵則是突出個人，利用個人的行為變化研究歷史。

當然, 文章多了總有一定比例被撤稿。團隊中造假，數據按摩（data massage），疏忽等都出現過。有一個課題組長和研究生鬧翻了，後者揭發了那篇著名的推測打字內容的文章造假，馬上就撤稿了。可是，團隊有上百篇文章，一個新領域畢竟起來了，領軍人畢竟當上了，偶爾撤個稿啥的並不影響大局。

家鄉的那位富豪樂得合不上嘴，逢人就說人傻錢多沒關係，只要實心眼往一處砸錢，就一定能辦成大事。他把學生送給他的一份大數據擦痕分析貼在牆上，證明在肯尼迪遇刺的時候，世界各地很多人在看電視直播時停住腳步，並用手捂了嘴。

製版編輯：斯嘉麗 |

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