下一本 | 回望历史，人类是如何追求精密制造的？

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（以下内容摘自《追求精确》，作者西蒙·温切斯特是一名历史学家与思想家，是牛津大学圣凯瑟琳学院名誉研究员）

追求极致精确、极致精益，不仅是一种产品质量观，更是一种关乎企业存亡乃至国家兴衰的哲学观。

很大程度上，在当代，哪家企业能在精密制造、智能制造上领先，它就能进入全球产业的执牛耳者序列；哪个国家能在精密制造、智能制造上领先，它就能拥有关于前沿技术标准的定义权和前沿产业方向上的话语权，以及世界科技、经济、军事上的制高点地位。

“精确”是一个有吸引力的，甚至带有一定魅力的词语。英语中，“precision”一词起源于拉丁语，早期曾在法语中广泛使用，于16世纪初首次被纳入英语词汇。它的最初含义是“分离或切断的行为”，如另一个词précis最初的含义“修剪的行为”一样在今天很少使用，但是这个单词现在所表达的含义却经常使用，甚至它已经成为一种陈词滥调，就像《牛津英语词典》所解释的那样，即“精确和准确”。

在下面的叙述中，“精确”和“准确”这两个词常常是可以互换的，但是又不能完全互换，因为它们的意思相近但并不完全相同。

解释清楚“精确”和“准确”的区别很重要。因为对于一线的工程人员而言，这两个词有着很大的差异。这同时也提醒我们，在英语中实际上没有同义词，所有的英语单词都有其特定的含义和适用范围。对一些使用者而言，“精确”和“准确”的确在意义上有很大的不同。

这两个词的拉丁文溯源暗示了这一基本差异。“accuracy”的词源与拉丁语中的“关心和注意”（care and attention）有很大的关系，而“precision”的词源涉及一系列有关“分离”的古老意义。

在英语中，“关心和注意”起初似乎与“切削加工”有那么一丁点儿关联，但是它们与“精确”的关联却很小。而“精确”不仅与“切削加工”有着相当密切的联系，还与“细微和细节”相关。如果你“非常准确”地描述某件事，你就会尽可能地展现它是什么，以及它的真正价值是什么；如果你“非常精确”地去描述某件事，你就会尽可能多地描述它的细节，尽管这些细节可能不一定是所描述事物的真正价值。

你不仅可以非常“精确”地描述圆的直径与周长之间的常数比，比如3.141 592 653 589 793 238 46……也可以将圆周率“准确”地保留到小数点后七位，记为3.141 592 7。在这里，我们用数学的方法，对圆周率的小数点后第八位“5”进行了四舍五入。

我们举一个更简单的例子来解释上面的问题，这是用手枪射击后的三环靶（见下图）。比如，你朝着靶子射击了6次，所有的6发子弹都脱了靶，那么可以说你的射击既不准确，也不精确。

（图：三环靶）

注：图中，靶子弹着点为我们提供了一种区分准确和精确的简单方法。在A图中，弹着点是聚集在靶心周围的，既准确，又精确。在B图中，弹着点的位置让我们意识到，射击足够精确，但就命中靶心而言，却是不准确的。在C图中，弹着点很分散，射击既不精确，也不准确。而在D图中，有一些弹着点的位置接近靶心，射击有中等程度的精确度和中等程度的准确度，但只是中等而已。

也许你的弹着点都在内环中，但均匀地散布在了靶心周围。在这种情况下，你的准确度不错，因为每一发射击都接近靶心，但不怎么精确，因为你的子弹都落在了内环的不同地方。

也许你的弹着点都落在内外环之间，而且着弹点都非常接近。那么可以说，你有很高的精确度，但没有足够的准确度。

最后，让我们来说说最理想的情况，一个令人兴奋的结果：你所有的着弹点都聚集在靶心。这时你就打出了极佳的精确度和准确度。

在上述的例子中，无论是写圆周率小数点后的数字，还是对着靶子射击，当所有结果都接近理想状态时，你便可以说自己实现了高准确度。对于圆周率而言，高准确度是指取值接近这个常数的实值，而对于射击而言，高准确度则是指着弹点接近靶心。对比而言，即使结果并不一定都接近真实数值或者理想状态，只要一系列结果接近或近似，我们就可以说它是精确的。总而言之，准确度描述的是接近目标的程度，而精确度指的就是精确本身。

人类有史以来制造的两种最精确的测量仪器，其中一件目前位于美国西北太平洋地区，地处华盛顿州干旱的中部，远离一切人群。它在绝密的核设施外制成，而正是这些核设施为炸毁日本长崎的原子弹制造了第一批钚元素。数十年来，钚元素都是美国大部分原子武器库的核心材料。

多年来，在那里进行的核活动产生了巨量核废料，在当地留下了难以想象的危险辐射地带，其中的核废料包括旧的燃料棒、被放射物沾染的衣物等。直到现在，在公众的强烈抗议之下，核辐射的隐患才得以清除，或者用环保主义者更喜欢的方式来说，核废料被“处置”了。今天，众所周知的汉福德场区（Hanford site）是美国官方承认的、世界上最大的核废料处置基地，处置核废料的预算高达数百亿美元，而对于核污染的补救工作可能会一直持续到21世纪中期。

在主要清理场区南面的铁丝网之外，仍能看到残存的原子反应堆的高塔。当今科学界最引人注目的实验正在此地进行。这项实验根本不是秘密，也不可能留下任何有害的残留物，该实验需要制造并使用一系列人类有史以来制造的最精密的仪器。

核科学实验场的科学仪器是花了几十年的时间设计的，这些仪器隐藏在干燥而多沙尘的地方。“我们通过隐姓埋名来维护自己的安全”，这是那些醉心于核武器，并从事昂贵实验的科学家们的座右铭。毕竟在激光干涉引力波天文台实验场，并没有带刺的铁丝网或围篱来保护这些科学家。在实验场中，机器的公差控制严格到了不可思议的程度，这些实验仪器部件的精确度是地球上任何其他仪器都无法企及的。

激光干涉引力波天文台这里有几台复杂且昂贵的机器是用来检测敏感变化的。它们探测的对象是在那些稍纵即逝的、出现在跨越时空结构当中的、造成破坏和扭曲的涟漪：一种被称为“引力波”的现象。1916年，爱因斯坦预测了这一现象，将它作为其广义相对论预言的一部分，即引力波这一现象应该会在宇宙中出现。

如果爱因斯坦是对的，那么一旦在遥远的太空中发生了一个并不算罕见的重大天文事件，诸如一对黑洞发生碰撞，那么引力波的星际涟漪就会以扇形传播开来，且以光速移动，最终到达并穿过地球。在这一过程中，整个地球的形状都将发生改变。当然这种改变的程度是无限小的，小到几乎任何有知觉的生物都无法感受到这种变化。这种轻微的挤压对于器械而言也是极其微小、短暂且无害的，甚至几乎任何已知的机器或设备都无法记录这种现象的踪迹，但是，从理论上来讲，激光干涉引力波天文台除外。经过几十年的实验和调试，现在这个仪器拥有更高的精确度和灵敏性，此时此刻正在华盛顿州西北沙漠的高地上运行。在路易斯安那州的海湾区，第二个激光干涉引力波天文台也已经建成，并且已小有成就。

终于，2015年9月，在爱因斯坦的相对论面世一个多世纪以后，激光干涉引力波天文台的研究人员第一次侦测到了引力波。在同年的平安夜以及2016年，激光干涉引力波天文台的仪器又多次显示其确凿无疑地侦测到了一系列引力波数据。这些引力波经过数十亿年的旅行，自宇宙太空的外缘，跨过茫茫时空，掠过地球，并在一瞬间短暂且轻微地改变了地球的形状。

为了探测到这些，激光干涉引力波天文台的机器必须按照完美的工程标准建造。要知道这在几年前几乎是不可想象的，甚至是难以实现的。因为这种考究、敏感且极端精密的工程，并不是绝大部分工程的做派。更加精密的制造加工技艺并不是现成的，更高的标准在黑暗中等待着人们去发现，而精密制造的早期推崇者，会为了公众利益逐步去发掘并实现它。

很多时候，与激光干涉引力波天文台工程仰望星空的特性相反，精密制造是一个出于某个特定且公认的历史需求而特别创造出来的概念。精密制造的产生源于非常实际的需求，这些需求与21世纪我们想要验证遥远星球发生碰撞之后，是否会产生引力波这种物理现象的实证科学精神相去甚远。

实际上，精密制造所要讲述的是18世纪时，应用物理学所要面对的一个紧迫且现实的问题。这个问题与高温状态下的水这一拥有惊人潜力的载体，即蒸汽有关。“steam（蒸汽）”一词产生于17世纪，同时又定义了17世纪。精密制造的出现关乎我们能否存储、驾驭和疏导机器中的蒸汽，关乎能否驯服这无形的、气态的水。精密制造的实现使我们得以获取蒸汽的磅礴动力，让蒸汽在我们需要的地方做功，并且如果幸运的话，能够增进全人类的福祉。

而这样伟大的力量却源自工程史上一次独一无二的灵光乍现，它发生在英国的北威尔士。那是1776年5月中一个凉爽的日子，颇为巧合的是，这件事发生在美国建国的6周前。这之后不久，在美国的土地上，精密制造的技术恰逢其时地蓬勃发展起来。时至今日，大部分人都认为，5月的那一天正是精密制造诞生的日子。虽然这对一些人而言依旧有些争议，但是在这一天，精密制造终于做到了切实可行，而且具有可复制性。不仅如此，这种精密制造的程度是可以记录和衡量的。这次精密制造把公差控制在了0.1英寸，这只相当于英国1先令硬币的厚度。

《追求精确》

作者：【英】西蒙·温切斯特（Simon Winchester）

译者：曲博文  孙亚南

出版时间：2023年5月

出版社：湛庐文化/中国财政经济出版社

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