Systematic Errors

（10）系统误差
李革胜，10-19-2014

M博士是加拿大国家研究院科学院士，全国著名的地矿物化分析权威，研究院一言九鼎的实权人物， 是行政科研双肩挑的角色。他领导的矿物分析研究室是加西最大的科学基金课题组，有博士后研究生，工程师， 技术人员等二十多人。M博士每周四下午都和下面的科研人员开会讨论论文进度，F同学做的每个数据，包括曲线，图表，照片等他都仔细看。

G同学是研究院停车场保安，兼掌管实验室每个房间的钥匙，安全巡视是他每天的工作。那天，他来到实验室看到堆在角落满是灰尘的电子管，一眼认出是老式的质谱仪，以前的加速器质谱仪都是电子管集成电路，当然现在都改成晶体管了。M博士指着这些仪器如数家珍地告诉G同学，这些质谱仪全是他自己设计组装的，现在电子管加速器淘汰了，他打算叫F同学与秘书Alison一起把旧的质谱仪翻新一下，捐赠给BCIT地质系做专科学生教学用途。这件事在历史上是真实的，八九十年代，海归回国带上一两件国外淘汰的仪器设备，评上院士的大有人在。Ｇ同学好奇地问，质谱仪加速器是老式电子管产品，其数据校正，系统误差，Systematic error是如何控制的？Ｍ博士两手一摊，质谱仪没有ISO或ASTM标准，不同的科学仪器公司有不同的标准，系统误差到底多大，只有上帝知道。

M博士反问G，你又不是精密仪器专业背景，我的质谱仪精密度是得到业界公认的，你怎么知道系统误差问题无法回避？G同学回答，实验室拥有世界一流的科研人员，测定的结果虽然精密度不错，由于系统误差不可避免，测定数据的平均值也不可避免偏离真值。这个可以从标样测定就可以看出，对相同标样尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小保持不变，这可能存在定值系统误差；用不同国家进口的变压器，可以发现标样按正弦规律变化，至少变值系统误差不可避免。

在地质地矿领域，由于系统误差，人为因素引起决策失误的例子枚不胜举。中国在六十年代就对外宣称渤海发现石油90亿吨，2004年更宣称渤海的石油储存量可达205亿吨。渤海的石油已经发现五十年了，中国的石油进口却在逐年攀升。渤海是浅海湾，面积与青海省一样大，石油开采不存在技术瓶颈问题。如果石油蕴藏量相当于科威特，也就是说在渤海湾随便打个眼下去，石油应该往上冒才对？地矿学家研究成果的系统误差也太大了。F同学同学曾告诉G，在地球科学领域，地矿蕴藏量是可以一直往下计算的，往地下挖一万米，谁能保证没有石油？二战日本在中国东北没有发现石油，是因为他们只向下挖了800米，而大庆油田最浅的油层也有1000米深。如果日本在黑龙江发现了石油，可能就不会狗急跳墙，为了能源冒险南下发动太平洋战争。

实验的目的是再现自然现象，不仅仅是实验条件与尺度误差问题，地学问题几乎是不可能用实验室的小实验就可以重复的。试想直接从滔滔黄河，滚滚长江测试的数据都不能产生洪水的物理机制，实验室里用电动机产生的涓涓细流能推导出正确的洪灾理论模型?实验室只能在一元尺度上改变某些物理量来产生结果，还不能同时改变三个以上变量，不然计算量大得无法控制。实际情况是关键物理量是随时随机在多元尺度上变化的，根本无法用理想状态去生搬硬套。一句句，仅仅用短期水文资料不能预测洪水。而长期水文资料更不可靠，因为水文地质随时间的推移，千差万别。

“2014年诺贝尔化学奖超高分辨率荧光显微技术间接证明了2006年以前的在光学显微镜下的各种探索纳米级别的生物分子学研究都是乌龙。长期以来，生物学家都是用光学显微镜研究微米级的细胞。与材料专家不同，生物学家传统上不喜欢用电子显微镜，因为电镜要抽真空，细胞会脱水，不可能做实时与活体实验。加上细胞不导电，做电镜需要喷金或喷碳。在真空中高速电子束的轰击下，生物特异性会改变。在生命科学领域，做电镜实验的系统误差几乎等同于“基因打靶”，放射线医疗，蛋白质变异，遗传基因突变等，所以，电镜照片，质谱仪蛋白质图谱由于系统误差的存在一般都不可信。电镜的分辨率可达纳米，但显示结构与形貌的范围实在太小，太容易选特殊情况，作弊太容易，所以客观性可信度差，操作误差等人为错误难发现，当然这与电镜分辨率没有太大关系。生物学家都喜欢用光学显微镜，因为其简单，对样品没有损害，原汁原味地持续观察生物特异性。但传统光学显微镜的分辨率只有亚微米级，因为光通过透镜成像时会衍射形成一个弥散“艾里斑”，这是光衍射造成的显微镜系统误差，根本无法消除。

2014年诺奖的这项研究使用了两道激光束，一束用来激发荧光分子发光，另一束将大部分无用发光抵消，并产生一块纳米尺度的区域，象显像管样一纳米一纳米地扫描样本，产生图像，其分辨率远高于传统光镜。但是该技术2006年才投入使用，这种显微镜的复杂程度与维护费用远高于传统光学显微镜。据笔者考证，现在市场上还缺货。就是有人声称用的是荧光显微镜，还应说明是哪家公司生产，或是自己组装的。毕竟新的科学仪器应该还没有ASTM或ISO标准可以参考。

一句话，2014年的诺奖证明了只有高分辨荧光显微镜才能看到纳米，如果用的是别的Model，2006年以前的纳米研究原来都是假的，也就是说本质上其他人多年来研究的都是纳米的虚像，别人的纳米照片都是赝品伪造的。

当然笔者反对拿诺奖当科研成果考核标准，但2014年诺奖的确给全世界的科学家提出了挑战，你的纳米尺寸显微镜照片如果是真的，至少在2006年以前你的微观实验手段可以与诺奖成果相媲美，你的研究才对得起资助你的科学基金，对得起纳税人对你的工作支持，你也有资格获得诺奖，不知道科学家们有没有这个自知之明？”[1]

G同学拿起F同学参加工作三个月发表在“美洲地质学报”上的文献综述文章，里面有20篇引用文献，一篇文章引用了其扫描电镜的分析结果，至少干细胞的汞含量是属于明显实验数据分析错误，细胞不导电，为了做电镜不得不喷碳，细胞主要成分是碳水化合物，其中EDX分析的碳含量是喷的碳还是细胞中的碳水化合物就只有上帝知道了。当然，可以根据喷碳时间与喷嘴大小计算出喷碳量。但G同学仔细研究了该作者使用的喷金/碳器，发现其实是种老掉牙的型号，系统误差太大根本没法准确计算喷碳量。至于把喷过碳的样品从喷碳器放到电镜真空室，在抽真空过程中碳的损失量更没有办法计算，当然可以估计，但靠估计得到的系统误差很不靠谱，离定量分析差得很远。很多文献其实只要认真分析一下其使用的实验设备就可以判断是否有价值，是否值得引用。

有篇文章宣称使用了所谓的“纳米光学显微镜”，其原理是使用微米球透镜可以看到50纳米的活体细胞结构，比诺奖成果还优秀。这篇文章明显是个乌龙，“艾里斑”是客观存在，存在于任何使用牛顿光学原理放大显象系统中，不管是凸透镜还是球透镜，毕竟0.5微米是牛顿光学显微镜的极限。还有篇文献声称其使用了激光扫描近场光学显微镜能看到亚埃级的尺寸，还有清晰的H2 分子尺寸2.89埃米，通过细胞膜的照片，G同学经过谨慎计算，发现该显微镜还是不能消除“艾里斑”的影响。至于显微镜照片上的埃米标尺，G同学发现其实是科学仪器公司用了错误的理论，为了把显微镜卖出去做的噱头。该理论完全是利用牛顿光学原理，没有量子力学什么事，牛顿力学的特点就是对称，我们知道在亚埃米级别，应该满足杨振宁的“弱相互作用宇称不守恒”，如果该显微镜拍到到的亚埃级照片是真的，那么该作者已经间接推翻了“弱相互作用宇称不守恒”。那么，我们该相信谁？该不该怀疑其文章数据的真实性？

通常一个新的仪器要卖出去，首先要有个似是而非的理论，最好有数学物理模型，附上几篇吹嘘有漂亮结果的文章，然后是专利申请与行业标准制定，贴上最新最先进的标签，批量销售给由国家基金资助的大学研究所，想方设法让学术大牛们使用新仪器，尽量浪费大牛们的宝贵时间。只要大牛们花了时间，他们就会想办法利用自己的社会资源尽快发表文章，这样就能把整个学术界绑上贼船，发表所谓新的学术观点没有任何成本，反而还会哗众取宠，反正，科学探索是允许失败的。谁要是质疑新仪器的可靠性，就是在跟整个学术界过不去，轻的被大牛说成“无知”，重的就被大牛们批判为“阻扰科技进步”。时间一长，以讹传讹，大家对该仪器的性能深信不疑。纳米世界肉眼看不见，人手摸不着，科学家说是啥样，小老百姓就相信是啥样的。

所以这三篇文章尽管结论新奇，让人大开眼界，至少其纳米电镜与光学照片不能让人信服，还是不值一提，不要引用为好。2014年诺奖的最大受益者应该芸芸众多的大学生们，浩瀚的参考文献浪费了他们不少宝贵青春。2014年诺奖实际上给他们指了一条明路：只要是纳米光学照片用的是其他原理的显微镜，那么该文章可以忽略了，毕竟用了不合适的显微镜，证据不足以令人信服。G同学并不反对用不同的设备研究纳米现象，也不提倡仅仅因为科学家使用的显微镜达不到要求而全盘否定其研究成果，更不反对探索发明新的科学仪器，只是微观实验中的低级错误与真实情况泾渭分明，系统误差实在惨不忍睹，忍不住说两句而已。

M博士有个观点“先进的理论比先进的技术更重要”，他认为理论比实际情况更容易迷惑人，所以，M博士常常自诩是“理论地理”专家，他的实验室花了大量时间搞理论研究，刻舟求剑，用数学的枪去打地矿的点。F同学在M博士的课题组完全是利用其数理基础好的特长，做数值模拟与理论分析。做数值计算，F同学用得最多的还是Matlab。使用Matlab做算法仿真实验数据可重复性差，很多人的数据都是为了发表文章伪造的，仿真实验的主要问题是算法没有创新，得到的结果不理想，要超过有上百年历史的经典算法几乎没有可能，不然搞地矿仿真的研究生人人都可以成为陈景润，都能破解哥德巴赫猜想。

利用别人的软件选取合适的参数，收敛性、精度，分析计算方法等似乎不应该属于研究工作，而仅仅属于简单计算工作范畴，这对F同学来讲有些大材小用。商业软件出的漂亮图表很容易吸引人，给人真实感，普通的股市投资者大多没有数值计算的训练，对计算结果缺少应有的怀疑。这是M博士让F同学用Matlab的原因，一个目的，尽快让M博士在美国注册的矿业公司Card Cooperation股票上市。

那么，公司上市究竟有什么好处？首先，自己是大股东想怎么玩就可以怎么玩。股市套现的办法很多，比如，可以给自己“奖励股”，先虚报财物把股价拉高。幕后操作加前台炒作，在差不多最高时把股票卖掉，然后做所谓真实财务报告，只值列低股价，股东又没法查。即趁高卖掉自己的“奖励”股，然后让股价狂跌再买回来，其实华尔街很多人都是这样做的。

M博士的Card公司其实是个皮包公司，它主要是以极低的价格把别人早已废弃的矿产买过来，用自己的质谱仪进行分析，用新技术分析总结出富矿资源，包装成废矿再生利用，其最终目的是在NASDAQ上市，利用新技术来包装蒙骗投资人。如果有人质疑数据的真实性，他可以推诿质谱仪是新仪器，没有统一的国际标准，系统误差太大，何况谁会向下挖一万米去找黄金？在股市上的投资者大都问道于盲，不顾实际情况，只认院士的头衔社会地位，公司花里胡哨的吹嘘。谁的皮包公司包装得好，就把钱投给谁。Card上市后，因为数据夸张，给人“天上掉馅饼”的感觉，这样的发财机会谁会放过。从最初每股几分钱的垃圾股票一个月内串升为每股三块钱。那年夏天，Card公司成为股市黑马，世界瞩目。M博士当然是赚得盆满钵满。这些事听起来匪夷所思，在历史上都是真实的。

卢同学在“近代物理学研究”杂志上投的第一篇文章被退稿，他做梦也没有想到编辑竟然借口他枚举的一篇文献综述有问题。该文献是卢同学引用物理系主任Steve的文章，引用本系教授的文章可以间接拍老师马屁，大家心照不宣，以后答辩时也方便，何况是大权在握的系主任，物理系这样做的研究生多的是，哪个教授不愿意提高自己的文章引用率?由于是潜规则，教授要坑学生，让学生吃哑巴亏容易得很，先虚构不实的数据发表一篇假文章让学生去引用，等学生文章写完投稿后再撤稿，让学生出洋相吃哑巴亏。

在卢同学反复电邮追问下，由于涉及个人隐私，期刊主编开始不愿详细讲原因，实在被追紧了，才回信支吾说，文章被拒是由于审稿人认为卢同学没有仔细查参考资料。文献数据有误，该作者上个月就发表了撤稿声明，仪器系统误差太大的原因，声明公开撤销这篇论文，宣布该文章无效等等。卢同学天天读“近代物理学研究”，从没听说过该期刊还有个“撤稿声明(retraction)”的附录。物理系平时没有几个研究生会去关注期刊的retraction，撤稿这种情况极少出现，谁会自己打自己嘴巴？主编认为卢的工作主要是基于Steve 的前期研究，既然Steve 主动撤稿，卢的文章就失去基础没有发表意义。说得轻巧，这半年来日日夜夜在实验室加班加点，原想投机把系主任的工作证明了，以后请系主任做答辩主席，通过不是问题，毕业后找工作移民应该不困难。卢同学这篇文章是半年前投的稿，系统误差从来不是天体物理学领域关心的热点，谁不知道天体物理学的系统误差是最多的？他开始怀疑系主任在导师T教授的授意下撤稿故意让自己出丑。因为假成绩单问题，卢不受T教授待见，在物理系长期受排挤。加上从没有人关心过他的心理健康，卢考虑问题难免偏颇。A大学评tenure 也是需要文章的，教授申请基金也需要文章，为了名与利，大学教授挺而走险的大有人在。涉世未深的卢们哪里知道大学里的这些龌龊事，遭排挤是自然而然的。

特别是卢在物理系走廊上碰上打扮得花姿招展的 Alison，她看到卢垂头丧气的样子，按惯例嘲弄般地问他"are u punished? " 如果看到对方兴高采烈，她就会说"do u get a raise? "，不想被打扰就说"how are u doing tonight? "等。这是北美职场上同事间互相落井下石的惯用伎俩，并不特定针对某个人。对于美洲江湖规矩，长期呆在大学没有任何社会经验的卢怎会知道?这时T教授走过来，他看到一脸茫然的卢同学，不好好在实验室里干活，在这里瞎逛什么？T教授火气上升，What fucking problem do u have? 卢同学心中一遍茫然，我没有阳痿只是暗恋Alison 那老娘们而已。当时卢同学心里堵得慌，快奔30的人了，连个女朋友都没有，辛辛苦苦写篇文章因为引用了错误的文献，不得不退稿，没有文章拿什么毕业?

卢同学又气又急。年轻人就是成不住气，他也不想想，系主任要害你，也不会随便拿自己的学术声誉开玩笑，毕竟文章撤稿说出去不是什么好事情。

发表撤稿声明是正常的学术行为，可以提高期刊的学术声望，终止错误数据的传播，阻止学术不端，没有必要大惊小怪（over react)。这件事情确实是卢同学过分敏感了。

这些其实对卢同学并不重要，卢同学的性格类似《水浒》中的林冲，一方面懦弱对移民美国，在美国当教授抱有不切实际的幻想，但另一方面他又具备隐忍不怕事的个性。实话实说，T教授包括很多美国的白人精英的处世为人如果在中国肯定会死得很惨，资本主义自私的个性与社会主义中国相互尊重的共性矛盾其实比想象的大。

有一天，T教授随口轻蔑地称呼平时沉默的卢，”shooter！”这在T教授看来正常得很，美国华人早就被驯服得象小绵羊一样服服帖帖。有个人艰不拆的怪事，美国白人可以随便开华人的玩笑，白人公开嘲笑华人那是家常便饭。美国华人没有受过白人无缘无故羞辱才是不正常。在美国欺负华人不会受到任何惩罚，也没有任何成本。美国主流社会长期鼓励丑化华人，搞得极端的时候甚至国人都支持美国白人欺负华人。反正美国人来不了中国，我也去不了美国，这些留学生以后回中国可能变成我的竞争对手，再怎么种族歧视也不会搞到中国来，我为什么不支持美国白人搞种族歧视？这种想法造成恶性循环，一些留学生回国后，明明受了老外的种族歧视，天大的委屈也忍住不说，只是鼓吹“外国的月亮都是圆的”。搞得国内的土鳖也稀里糊涂，一天到晚绞尽脑汁削尖了脑壳往国外钻，等抛弃所有到了国外受老外欺负时悔之晚矣。只好回国骗国内的土鳖，还是国外有自由，继续恶性循环。更有甚者被国人老外两边逼上梁山，加入反华组织。由于有外援，里应外合回国后反而得到重用，成为反华组织的卧底，得到善终。

落地为兄弟，何必骨肉亲。中国大陆是个一元化社会，中国人讲究”四海之内皆兄弟”。大陆出来的国人大都没有种族歧视的概念，最多为了争权夺利搞些阴谋诡计。卢们在国内只会尅书，他们很难理解，浑身长毛的白人怎么会歧视华人？所以老外稍微给一点甜头就可以轻易地收买没有见过世面的国人，清政府为什么心甘情愿把外兴安岭，库页岛，海参崴卖给俄国人?就是因为国人抵挡不了俄国人的糖衣炮弹。等老毛子露出本来面目，已经大势已去太晚了。

卢到死都不知道T教授为何无缘无故骂他”shooter”，他没有黑人那样的人种歧视想法，他根本没有时间去想，也觉得滑稽，猪一样的T教授怎么有种族歧视？卢同学一直暗地里称T教授”猪”，卢的理解是T教授占地主的便宜欺负外国人而已，中国人受欺负是因为国家政权不在华人手里，要在北京早把这鳖犊子削了。他从没有往种族歧视的角度去想问题。在卢的眼中，T教授山同学都是一丘之貉，没有人种的区别。

T教授也万万想不到，”shooter”这个词给自己带来杀身大祸。卢同学一直沉默，没有想到系秘书Alison小姐也无缘无故骂他，”asshole”。卢在北京长大，自己从来不说脏话，他对任何人表面上都客客气气，哪里咽得下这口鸟气？他出离愤怒，士可杀不可辱。敢无缘无故骂我shooter，早晚有一天，我会把你shoot掉，他把Alison也恨上了。上帝不喜欢人造巴别塔，不同种族的人在一起矛盾真的无法解决?

卢从没有想过要找警察，或其他教授同学帮助。他知道国人幸灾乐祸，帮着白人欺负华人，他是不会去找中国人寻求帮助的。卢内心深处自视甚高，平时人缘关系并不好。其实华人在北美走到哪里的人缘都不好，物理系看华人学生就是廉价劳动力，出于政治需要才招进来的，在北美大学里华人学生的人际关系不可能好。卢到了美国他的心情一直非常愤怒，国人嫉妒在国外的华人，也不会想去理解，一个人在异国他乡，周围的人联合起来，事无巨细，都有意无意找他的麻烦，人不知不觉就会绝望。

卢真的很绝望，他想象不出老师会这样对待自己的学生。世界上的白人导师真是坏透了，简直不是人。他常对自己说”要忍耐，等拿到博士学位后再跟这头猪拼个鱼死网破。”卢对T教授杀机已起。


Reference
[1]http://www.vanforum.org/2643425991/20141

（1小时40分钟初稿搁笔）

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