人类的悲欢并不相通，可不同的行业，却能有相似的痛点。
在医学领域，长期存在一个矛盾：如何在尽可能不干预生理过程的情况下，寻找得与失的平衡？
得，就是获得身体的准确信息；失，则是为此付出的代价。比如医生要判断眼前的病人是否骨折，就要在尽可能小的身体损害下，获得准确的信息。
在这个过程中，把握平衡很重要，比如明明抽血能得到的信息，就不能直接开刀。
考古行业也面临同样的难题：如何在不损坏古籍文物的前提下，从中最大化获取到史料信息？
两个完全不相干的行业，却都被同一种技术解救了：X 射线断层扫描成像。
借助 X 射线断层扫描成像技术，医生可以在不开刀的情况下，轻松获取患病部位的信息，考古人员也可以在保持文物纸张完整的情况下，获取到其中的文字内容。
前不久，英国科学杂志《自然》的子刊，出现了一篇很有趣的文章，题目确实有点长：《用 X 射线显微断层成像技术来自动虚拟展开密封文件揭示历史》。
简单来说就是，如何在不打开信的前提下，让计算机读出一封 300 年前的“原始加密”信件。
一、阿基米德羊皮书
X 光这东西，想必各位都不陌生，尤其是去医院看牙，必少不了拍片这一环节。
但你可能想不到，X 光除了可以帮助医生诊断病情外，还有一种超能力：识别墨水、进而分析出字迹。
要说最著名的例子，就是阿基米德羊皮卷的故事。
1988 年 10 月 29 日，纽约佳士得拍卖行里，一场拍卖会正火热进行，此次拍卖的物品，大多是著名科学家的珍贵手稿，比如第一版达尔文《物种起源》、居里夫人的博士论文原作等。
就在这些珍贵拍品中，还有一本边缘漆黑、内里泛黄发霉的羊皮卷，它是一个手抄本，一共 174 页，周身的漆黑，都是拜火烧所赐，很多地方都焦了。
神奇的是，这本残破的羊皮卷，起拍价居然是 80 万美元，远远超过居里夫人的博士论文。
更为神奇的是，这本残破的羊皮卷，居然掀起了整场拍卖的高潮：希腊政府派出的文物部门人员，势要拿下这本羊皮卷，而现场还有一位来自美国的神秘买家，也抬杠似地疯狂加价。
直到美国神秘买家喊出 200 万美元时，来自希腊政府的人员再也没有出价，他们知道政府再也出不起更高的价了。最终，这本羊皮卷被神秘的美国人买走了。
这本扔地上都不一定有人捡的羊皮卷，其实是阿基米德原著的手抄本，它才是这场拍卖会的明星拍品。
阿基米德，就是“给我一个支点，我就能撬起整个地球”的名句作者，与高斯、牛顿并列为世界三大科学家。
生活在公元前 3 世纪的阿基米德，亲手写的著作如今早已失传。公元 10 世纪，一位研究科学的文士，将阿基米德的希腊文手卷誊录到了羊皮纸上，共计 174 页，后被修道院收藏。
两百年之后，一名僧侣走进修道院的藏书室，想找一些羊皮纸来抄写祈祷文。四下翻找后，他没能找到一本可用来抄写的空白笔记本，最后，他的目光落在了那本“阿基米德羊皮书”上。
要知道，在当时，羊皮纸是十分难得的书写材料，价格高昂。
僧侣捧起羊皮书，翻开一看，里面全是自己看不懂的内容。
这么多年都没人翻动，想必不是什么重要的东西。僧侣这样想着，便一页一页的将上面的文字洗去，又虔诚地在上面写下了祈祷文。
所以，被神秘美国人买走的羊皮书上，已经看不到阿基米德的著作内容，而是类似阿门、上帝保佑之类的拉丁文。
美国人买走之后，把这本羊皮书借给了巴尔迪莫沃斯特博物馆，馆里的文物保护专家小心翼翼的拆开装帧，清除霉菌，试图用各种波长的设备对它进行检测，希望能够尽可能多的还原阿基米德的原著内容。
你可能会想，上面的文字都被洗掉，上面又遮盖了其他的内容，还经历了火烧，还怎么能还原内容？
你别说，还真做到了。
当年，誊抄文士用的墨水，是五倍子溶液。五倍子是橡树和阿月浑子树叶和末梢上生长的球状物，富含丹宁酸，碾碎后，混合硫酸铁、雨水、阿拉伯树胶和醋，就能制成色泽持久的墨水。在书写过程中，丹宁酸会顺着文字的痕迹渗入纸张，即便墨水本身消失了，物理痕迹仍能保留。
2005 年，斯坦福同步辐射实验室的科学家乌韦·伯格曼意外得知，抄写阿基米德论文的墨水中含有铁，立刻想到 X 光可以识别出墨水中的铁元素痕迹。多说一句，实验室里的 X 光，和我们体检时用的 X 光有所不同。
有了这个发现，科学家开始对阿基米德羊皮书进行内容还原，最后才发现，科学界一直以来认为微积分是牛顿在 1666 年发现的，所以将 1666 年定为近代物理学的开始，但事实却是，阿基米德早在公元前 2 世纪，就已经无限接近于发现微积分了。
阿基米德羊皮卷的还原，让 X 光成功跨界到了字体识别。
可是，在破解“布里耶纳收藏”(Brienne Collection) 上，X 光却遇到了难题。
二、锁信
“布里耶纳收藏”是一个箱子，由一个欧洲邮政局长保管，里面是 1680-1706 年间欧洲寄往海牙的数千封未投递信件，最久远的信件已有 300 年历史。
按照说，阿基米德羊皮卷数百页已遭清洗的内容，都能通过 X 射线断层扫描还原出内容，那么，薄薄的一封信而已，还原里面的内容，应该更简单才对。
可事实却并未如此。
要知道，早在信封发明之前，人们就已经有了寄信的习惯。
300 多年前，既没有邮局，也没有信封，所以那时候的信，并不像今天这样，简单三折叠起来，塞进信封，封口扔进邮筒，大功告成，而是直接传递信纸本纸。
为了不让除收件人之外的第三者看到内容，人们想出了各种保密方法，当时一种通用的加密手段，叫做“信锁” (Letterlock)。
信锁，是一种高超的叠纸技巧，当时有多达几十种不同的折叠方法。比如在写好的信纸上，用刀刻出一条细细的纸带，纸带的一端并不会刻断，而是连着原来的信纸，然后将信件用复杂的方法叠起来，再用小刀把信纸刻穿，将小纸带穿过这些孔洞，把叠起来的信纸穿在一起。
不怕费流量的朋友，可以点鸡视频观看：
折好后，再将红色蜡胶滴在信纸最后的接缝处，再用个人印章往尚未凝固的蜡胶上一压，写信人的名字就印在封口处了。
上了“信锁”的信件，一旦打开，里面那条细细的纸带就会断裂，收信人拿到信，一眼就知道是否有人拆开过。
根据信件的保密程度不同，锁信的手法自然也不同。如果是常规信件，简单的三角折叠式就可以满足，如果是机密信件，还可以使用折叠更复杂的“匕首陷阱” (dagger-trap)。
当信被叠得如此复杂之时，要想还原内容，势必就会破坏精巧的“信锁”，这对于文物古籍来说，本身就是一种破坏，可单靠 X 光射线断层扫描，不足以在不拆开信的情况下，避开“信锁”的干扰，读取里面的内容。
也许，还有办法。
三、虚拟展信
一众大牛研究机构联手，例如 MIT 人工智能实验室、伦敦玛丽女王大学等，他们借助一套新开发的计算机算法：虚拟展开，共同解决了这个难题。
其中，来自 MIT 人工智能实验室的两位研究人员，原本是专门研究在线折纸模拟器的，也就是教你如何折纸。
问题是，在计算机出现之前，人们已经可以很开心的折纸玩了，也就是说，折纸这东西，是一种无关计算机的生活乐趣，所以他们研发的在线折纸模拟器，根本没有什么商业钱途。
这次，两人听说有加密信件需要破解，又低头看看面前的折纸模拟器，一拍大腿，乐了：模拟折纸和破解信件，不都是纸和折叠的事儿嘛，有搞头。
于是，他们设计了一套计算机算法，将一个冷门、没有钱途的在线折纸模拟器，变成了一个可以无损修复文物古籍的神器：计算机可以“虚拟展开”信件，并读取信件内容。
首先，提高 X 射线断层扫描的分辨率，让它能够以 668dpi 的精度扫描并识别物体，这个精度，相当于像素点之间只有千分之四厘米的距离，这样就不会遗漏纸张间的缝隙。
利用高精度 X 射线断层扫描出的不同材料数据，构建出折叠信件的 3D 图像，对折叠起来的信件进行二维横截面上的分离，区分出不同元素，比如 d 是墨水，e 是粘合剂，f 是封口的密蜡等。
识别出各个元素后，接下来要将它们“分离”。
计算机算法会检测 2D 和 3D 图像中的脊线，并使用局部几何信息，将特征点连接起来，形成 3D 网格。
再通过一系列的映射和修复，最终得到信件的虚拟展开图。
上面是根据扫描结果得到的虚拟展开图，可以看到，还原出来的字体清晰可见，称得上是“无损修复”。
随后，研究团队对“布里耶纳收藏”中一封代号为“DB-1627”的“锁信”进行扫描，结果显示，这封信写于1697年7月31日，内容是一名住在法国里尔的男子，写信给住在荷兰海牙的表兄，索要一名亲戚的官方死亡证明。研究人员推测，死亡证明可能是用于办理继承事宜。
“DB-1627”的封面
“DB-1627”的展开图像
这项借助于高精度扫描 + 虚拟展开算法的研究，可以无损破解出折叠非常复杂的信件内容，值得一提的是，“虚拟展开”功能是自动化处理的，不需要人工一步步干预，比起以往靠经验手动分析，新技术加持下的破解效率很高。
这次，得益于医学技术、人工智能、历史学的强强联手，才能在不强拆信件的前提下，成功破解 300 年前的信件，还原出了隐藏在角落中的文化信息，是人类对历史追溯能力增强的体现。
在未来，类似的技术迁移，也许还会给我们带来巨大的惊喜。
参考资料：
1、
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21326-w2、
https://arstechnica.com/science/2021/03/locked-for-300-years-virtual-unfolding-has-now-revealed-this-letters-secrets/
文 | 木子Yanni
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