科研从过去发现未来

“旅游的时候少带行李,只带必需品。”

这是英语系副教授GregoryHeyworth的建议。他飞去意大利,前苏联格鲁吉尔共和国或是威尔士时都只带少量的衣物,为相机,发光二极管,电脑其他设备腾出空间。

作为中世纪文学的学者,Heyworth自称为“文字科学家”。他的工作是复原那些已被长时间磨损有关文化遗产物品的文字和图像。

他把这称为“应用于文学和历史的预见性科学”。他常常将自己描述成一个未发现的国度的一名探险家,在寻找隐藏的文献。他估计欧洲年以前至少有份手稿已经被严重损坏,不可辨识。

复原前后的物体对比

一些物体已经褪色,一些已经烧焦,还有一些发霉,粉碎。有些文献有可能保存可以改变我们对历史观念的秘密。而时间是这些文献最大的敌人。

为了复原这些物体,Heyworth和他Lazarus项目里的同事们整理好他们的行李:世界上唯一一个可运输的多光谱成像实验室。这个装备利用不同波长的光去拍摄这些文物。他的团队分析这些图片,电子复原历史文献,地图以及其他不适合运输的文件。他们将这些不可破译甚至于看不见的物品复原可见。

这些工序对技术要求很高,而Heyworth就是这些技术掌握者最好的代表。

创新引擎

加州早期电子文献图书馆的执行主席MichaelPhelps和另一个常合作的同事将Heyworth比作“创新引擎”。“如果没有像Heyworth一样的人,文字科学不可能存在。”他说,“它需要一个在文学方面深有造诣的人,这样他就能了解那些文献。同时,文字科学需要一个在硬科学方面也有一定研究的人。一个能够给文学和科学这个天平两端都带来一些东西的人。”

这些工作要求很多在古代书写方法以及编码学的专业知识。精通于成像科学和电脑科学,对化学知识有一定了解的人才能够胜任这项工作。他需要了解这些墨水的成分以及墨水于稿纸表面的联系。

能够胜任这个项目工作的人特别少。所以Heyworth认为他很重要的一个任务就是开发文字科学的课程,训练这方面的学生。

“全世界大概只有20人能够完成这项工作”他说,“这种现况需要改变。”

Heyworth在几月的时候加入了罗彻斯特大学。Goergen数据科学协会负责人,以及学校计算机科学教授HenryKautz在一次招募研究委员会中找到了Heyworth。“这是最先进的科学。”Kautz说。

在普林斯顿大学取得比较文学博士学位后,Heyworth用五个夏天在德国德累斯顿研究十四世纪一篇法文匿名长诗歌“LesEschézdAmours”。这篇诗歌只有少数的手稿副本存在过,而其中只有两分留存了下来:一份目前保存在威尼斯的已经残缺不全,另一份近乎完整,只缺少结尾的就在德累斯顿。不过,这份副本在年的联军轰炸事件中几乎被水洗净。“只剩下手稿使用的高贵羊皮纸和褪色变暗的数字。”Heyworth写道。

尽管专家们都认为这份手稿已经无效了,Heyworth依旧不放弃。在那五年间,他尝试用紫外线灯复原写作的痕迹。这是德国一个修道士在年发明的修复方法。Heyworth尽可能地去复原痕迹,而仅使用紫外线灯并不足够。

在他上网寻找好方法的时候,他发现了罗彻斯特理工大学成像科学教授RogerEaston的作品。Easton教授带领团队利用多光谱成像技术还原了一张12世纪再生羊皮纸卷(Palimpsest)上希腊数学家Archimedes的研究。

因为古时羊皮纸的昂贵,很多古代和中世纪文士会讲羊皮纸上原有的文字擦去,写上新的内容,也就成了所说的再生羊皮纸卷。这张Archimedes使用的再生羊皮纸卷上,他的七篇曾在10世纪被人重新誊写的论文都被擦去。转而被做成僧侣们的祷告书。年在ChristiesNewYork拍卖会上,一位匿名买家购买了这份文献,随后将这份文献委托给现在位于巴尔的摩的Walters艺术博物馆保存。Easton教授,物理学家和成像专家WilliamChristens-Barry,Xerox前成像科学家KeithKnox共同努力,回复了原文件约80%的内容,发现了一个先前无人知晓的亚里士多德的著作。

“照相机的一次闪光灯和一个好的算法能够完全改变一个纸张。”WilliamNoel在书中写道。

这个项目给Heyworth不小的启发。他于夏天联系了Easton教授。Heyworth成功申请到一笔国家保护技术与培训中心的资金援助,建立一个可移动的多光谱成像实验室。Easton,成像企业家KenBoydston和MichaelPhelps帮助Heyworth共同建立了这个系统。

人类裸眼所能看到的只是一个文献,地图,刻字的石头中很小一部分的内容。而多光谱成像能够看到更多隐藏表面之下的东西。

这项技术基于由军事和环境科学家发明的红外线远程感知摄像原理。Easton团队的发明使用发光二极管或LED灯作为光源。相比于宽带灯,冷的LED光源效率更高,而且不会因为过热而损坏文献。Heyworth说:“这个方法带了了更好的结果,而且不对物体做任何损害的前提。”

Heyworth第一次见到Easton本人是年在德累斯顿机场Easton将完成的系统交给他时。他们还原破译《Eschéz》的过程十分成功,原文件约96%的内容都被成功复原。Heyworth和编辑DanielO’Sullivan已经发表了诗歌的第一部分。《LesEschézd’Amours》也已成为当今读者主要的中世纪寓言读物。

追溯时空

Eschéz项目只是Heyworth和Easton持久合作的开端。他们合作完成了Lazarus项目。目前一起工作于新建立的团队RCHIVe。有了先前Lazarus项目成功的案例,Heyworth,Easton和他们的同事、学生们已经复原了最古老的英文文献VercelliBook,最古老的威尔士书籍theBlackBookofCaemarthen以及一些最早的福音书。

宾夕法尼亚州Bucks小镇一个有屋顶的桥梁有一些涂鸦,可能与林肯总统在此地的一次访问有关。包含《Eschéz》的德累斯顿文献集同样也保存着很多巴洛克音乐文献。不过很多都已经在某种程度上损坏。去年夏天,Heywoth做了一个试点方案,想象那些著名作曲家如AntonioVivaldi,GeorgPhilippTelemann,,CarlDittersvonDittersdorf的音乐。“我们正在复原在那里发现的三份已被损坏的未知歌剧文献。那里也有一些当时著名作曲家如JohannDavidHeinichen创作的乐章。”如今在罗彻斯特工作的Heyworth希望能够与伊斯特曼音乐学院的音乐家们合作,共同将那些文献复原,重新表演。

“有时当信件被擦去时,他们会留下一个‘脚印’。”他说。尽管墨水已被拭去,但在曾经有过书写痕迹的地方,羊皮纸会更薄。从手稿底下照射能让照相机抓住那些遗失的东西。那些薄的地方通光性更好。遗失的文字也就会在羊皮纸上显现出来。

“追溯时光正是我们想做的。”Heyworth说,“在我们最终稿前,我们都在在顺着时间往回看。我想说我们的工作就是在复原历史的最初稿,真实的,没有被改变过的历史。复原这些文献能够让我们看到古人观念的变化,那些屡次失败却又不放弃,坚持尝试的斗争。这些帮助我们了解作者、地图制作家所知道的,理解的,以及期望的。”他们所做的工作,不仅能够复原羊皮纸上的文字,还能复原那一段消失在尘世里的历史。

这个实验室的可移动性对整个过程是至关重要的。多光谱成像系统在全世界各地都可以找到,譬如国会图书馆,英国图书馆,以色列古物管理局。但是他们都不可被移动。然而很多这些脆弱的重要文献都被保存在缺少资金的机构,他们没有足够的财力将这些文献运输到有电子保护设备的机构。

“可移动性是最基础的。”意大利档案馆和图书馆CapitolarediVercelli的首席策展人TimotyLeonardi说,“我们不可能将这些文件带到图书馆之外的地方。”当Heyworth和他的团队两次来此拜访时,他们所有的工作都是在图书馆内完成的:拍照,分析。他们利用一个11世纪塔的底部以及一个JohnPaulII教皇曾经用过的套间作为实验的中心。

TheLazarusProject是一个非盈利组织,主要为全球个体学者和小型机构提供免费或低价团队服务。Heyworth将LazarusProject建立成一个分开的、只附属于他所在大学慈善团队。他认为将个人于这个项目分离开来是必要的。“在LazarusProject里,我们能够告诉文献拥有者,我们不享有你们的数据,我们也从来没有想过去声明那是我们的数据。这些数据需要被免费公开地发表。这也是我们想做的。作为免费工作的回报,我们希望这些信息能够被所有人知晓。”

人工运送

这些工作是很耗精力的。设置和校准系统需要两天的时间。MichaelPhelps曾讲述过准备过程的繁琐,他们需要解决一系列问题:“文献是羊皮纸还就是普通的纸张?如果你在处理一个法典,它完整么?如果不完整,已经损坏到了什么程度?大概多少能被打开?能够打开度,90度,还是度?你需要仔细的计划你接下来研究这个物品的过程。”

对于图像的分析通常就在现场展开。这样那些档案工作者和学者能够得到即时的反馈。而且尽管整个过程依赖于特别精细高深的科技,有一些步骤也只需要很简单的设备就可以完成,例如一双舒服的鞋子。

“我们将数据储存到一个运行很快的硬盘。”Phelps说,“之后我们将它带到另一个房间,利用成像设备完成下一步。”将这些电脑联网所耗费的时间太多。“所以我们利用几个小时捕捉图像,之后直接人工带到下一个房间。”

Heyworth是罗大数据科学部门起始计划的一部分。“在我们的项目里,我们生成了大量的数据。”他说。数据科学是罗大这几年来学术上发展的重点。由HenryKautz带领的Goergen数据科学协会致力于巩固结合学校在各方面所做的研究:科学、医学、艺术人文、社会科学、工程、商等等。为了支持这样的研究和教育,学校计划为数据科学部门招募新的教职人员。

Heyworth所依靠的数据:图像、光学、化学分析以及从数据中找到信息的算法允许他走出传统的文学领域。从一方面来说,那代表着能够复原那些看似不可恢复的文献,譬如《Eschéz》。从另一方面来说,这意味着与一个文件背后模糊历史的接触,这个历史不仅受到学者的探索眼睛的影响,而且受到相机和电脑的同等注意。

Phelps说:“手稿是及其复杂的物体。他们蕴含着及其复杂的历史,他们是在如何,在哪里被损坏的。有时,上面的文字是被有意擦去的,像再生羊皮纸卷。那些墨水的化学成分都很复杂,也根据手稿不同而改变。”

面对如此多的变量,他们的团队就使用不同种的成像,包含体积成像,热成像和X射线荧光,使用不同波长的光。成像同时也帮助了材料分析,允许研究学者去分辨这些墨水和颜料。

"我们不是边搜索图片边找到值得处理的信息的,“Phelps介绍道,取而代之的是他们会利用统计和数学算法处理大量的数据。“从每页12张图片到50张图片的差别很大,意味着会增加工程时间,也要增加日后储存和管理的信息量。”

现在Heworth手头要紧的事之一是理解为什么某项技术适用于某种情况,使得团队能够更快更好的处理和分析对象。

“这也是Greg搬来罗彻斯特市的重要原因,”Phelps说道。“罗大与RIT仅有着几英里之隔,我们有让自然科学家和人文学家共同工作寻找解决方法的机会。而在此之前,大多数解决方法都只局限于自己所属的领域。”

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