不用拆信，也能读到家书
图片来源：Pixabay
在信封出现之前的岁月里，人们用“纸锁”保护信息的安全。然而，使用“纸锁”进行保密的信件在拆封时可能发生破坏，造成珍贵的历史文献损失。最近，历史学家与计算机科学家们共同开发了一种虚拟展开算法，可以在不拆封历史信件的情况下得到文本内容，亦可借此研究信件的折叠方式和“纸锁”这种信件保密方法。这项技术还有望帮助人们对脆弱易损的历史文献进行研究、传承古老的折纸技艺，乃至更轻松地进行设计开发。
撰文 | Sophie Bushwick
翻译 | 常灏杰
审校 | 曾小欢、李诗源
1697年，法国里尔的一位法律从业者给他居住在荷兰的表亲写了一封信，要求对方提供一名亲属的死亡证明，可能是用来敲定遗产相关事项。他将这封信折叠并密封起来，然后寄到海牙，这样即使没有信封，信也不会散开。出于种种原因，这封信从未到达收信人手中，并且一直密封至今。然而一支由历史学家与科学家组成的团队读到了其中的内容，这还得感谢高分辨率的成像技术以及一种“虚拟展开”算法。
这项“扫描-展开”技术可以有各种各样的用途，比如读取脆弱到无法触碰的历史器物上的文字，或者是对日本纸艺的古老工序进行逆向工程，不过其背后的研究人员却醉心于使用这项技术来研究“纸锁”。这项研究被刊登在《自然-通讯》（Nature Communications）上。在信封被大规模生产之前的时代里，“纸锁”技术应用广泛，它将信纸折叠、打裥、切割、密封，使其本身成为保密容器。大约二十年前，“纸锁”抓住了麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）图书馆管理员、研究员Jana Dambrogio的兴趣，她也是这篇论文的共同作者。
图片来源：Pixabay
Dambrogio在许多历史文献中发现了微小但明显是人为的切割与褶皱痕迹，并猜到了其用意。“它看起来像是锁，用于保密的猜想自然而然地产生了，也就是说这些痕迹是故意弄上去的。”她说，“我当时的反应是，'我的老天爷，我们得让人们认识到不能破坏这些痕迹，因为这些微小的裂缝、孔洞和折痕是这种传统保密习惯的证据，而人们对其研究甚少。’”
过去的七年里，她与伦敦国王学院的现代早期英语文学讲师、论文的另一位共同作者Daniel Starza Smith合作，一起探究这一问题。这两位研究者和他们的团队归类了超过60种制作“纸锁”的方法。“1850年之前没有类似现代胶水信封的东西出现。”Smith说。那时纸张是昂贵的商品，不会被浪费来做成单独的信封。“所以如果想要寄一封信，你需要使用纸锁技术，这封信得自己变成信封或其他邮寄载体。”
一些纸锁只是把信纸整在一起。其他一些在打开时会将信纸撕裂，这样就能暗示先前是否有人想要偷窥信件内容。许多历史人物遗留下来的信件中的褶皱或裂痕都警示了纸锁的存在，这之中既包括英国女王伊丽莎白一世与她的间谍头头Francis Walsingham、意大利外交官兼作家Niccolò Machiavelli、英国诗人John Donne等人，也有没什么名气的普通里尔人Joe（或按法国人的说法普通人Jacques），而后者的信件是这一新研究关注的焦点。研究团队想让这封文艺复兴时代的信件仍旧保持密封状态，以避免破坏一些关键特征，好让他们据此重建这封信的折叠模式。举例来说，打褶（一种常用于纸锁中的对纸张进行精细处理的手段）“就像打喷嚏一样”，Dambrogio解释说，“一瞬间就消失了”。
为了在不打开信件的情况下阅读到其中内容，Dambrogio和Smith联合了MIT的计算机科学家。“第一步是对该信件进行真正的高分辨率扫描。”论文的共同作者、独立研究员Amanda Ghassaei说道。在伦敦玛丽皇后大学成像实验室的帮助下，研究团队使用了一项名为X射线显微断层摄影的技术，Ghassaei将这一技术类比为医学上的CT扫描，但成像结果要精细得多。
“扫描结果令人欣喜。”她说，“你可以看见一层一层的信纸。”等到扫描图像揭示了信函的内部折叠方式后，Ghassaei和论文的另一位共同作者、MIT的本科生Holly Jackson一起编写了“打开”这封信的算法代码——当然是在不拆封的情况下。“我们开发了虚拟地展开这些扫描数据的程序。”Ghassaei说，“所以我们实际上是在弄明白如何从起初这种折叠后的形状，展开到这种平面结构。”
然后通过将墨迹映射到虚拟“展开”的信纸上，算法可以重构这封信件的内容。在对里尔的信件进行处理后，结果不过是那些老一套的家务事。但同时，算法也精准地展示出300年前是如何折叠信纸的。“我们不仅能看到信件内容的图像，也能得到信纸的褶皱特征。”Ghassaei说，“你能认出信纸的折叠方向，哪些折痕比较深而哪些比较浅。因而我们在几何上得到了相当棒的关于这封折好的信件的分析结果。”
图片来源：Unlocking History Research Group
“人们是怎么折东西的，或者人们用什么样的方式密封信件直到送达并且启封，对此我们并没有讨论多少。”未参与该项研究的斯坦福大学历史学教授Paula Findlen说道。“或许应该研究一下，这肯定会让人们对如何看待不同的折叠技术进行更深入的思考。”
Findlen表示这项研究也可能为除纸锁之外的其他研究领域提供帮助。举例来说，它可以改进历史学家们的技术手段，用来研究特别脆弱的历史文献，比如因为沾水而卷起来并粘合在一起的那种。她将这项技术与其他技术做比较，包括使用X射线来查看经重复利用的文献（称作重写本）中已经被磨损的原始文本，或者观察油画中覆盖在层层颜料之下的早期版本。这些技术“通过将传统研究技术与新兴科学技术结合起来，为我们呈现出了一段丰富的、多层次的工艺历史，并且提供了在迷雾中窥探真相的新方法。”Findlen说。
图片来源：Pixabay
Ghassaei和Jackson开发的这一程序或许也能帮助学习与保存复杂得出名的日本折艺的秘技，论文的共同作者、MIT计算机科学家Erik Demaine补充道。“有许多更古老的日本纸艺模型还从来没有图解说明。它们的做法从来没有被记载。”他说，“这些工艺品总有损坏的风险，你可能不小心坐在上面，然后它们（包括关于如何制作它们的知识）就消失了。我觉得这项技术可以用来保存这些艺术品，并且重新建立起它们的制作方法，据此我们可以更好地理解历史上的日本纸艺大师是如何施展技艺的。”
他还表示，除了保存古老技艺，展开算法也可以帮助现代研究者更轻松地记录设计开发中的每一环节。正如Demaine指出的，“我们经常折叠一些东西来看看是不是能把纸扭成特定的形状。这项技术可以让我们在折叠状态下进行分析，而不必将它拆开，还要设法记住一开始是如何折成那样的。”
对Dambrogio和Smith来说，这个算法的主要价值还是它能够被用于扩展他们关于纸锁的研究，以及随着时光流逝纸锁是如何演变的。举例来说，从里尔寄出的那封信是布里耶纳收藏（Brienne Collection）的一部分，该收藏集中包含了2600封未被投递的信件，最初由17世纪的邮递员收集并最终遗赠给一家荷兰博物馆。“一件关于布里耶纳邮箱的非常有趣的事情是，随着时间流逝，时尚发生了明显的变化，技术发生了明显的变化，信件在外观上也开始越来越接近于现代信封——它们得到了密封外壳，就是你想在商店里买的那种信封。”Smith说，“你可以看到这么一个真实的故事，关于在过去100、200年里通信技术是如何发展的。”
布里耶纳邮箱是“在时间长河中对人文特色的随机一瞥。”
Findlen说，“我们有一整个大箱子，里面装满了各式各样密封起来还未拆开的信件。这项技术绝对能让我们得到进一步的发现。”
原文链接：https://www.scientificamerican.com/article/algorithm-virtually-unfolds-a-historical-letter-without-unsealing-it/
《环球科学》5月新刊现已上市