撰文｜小溪

如果你与高能物理研究沾点边，就一定知道INSPIRE——那个历史悠久、颇有名气的文献信息开放获取平台。它是一个文摘型的索引库，不仅集结并管理了海量的粒子物理等领域的论文及引用数据资源，还贴心地列出了论文作者的单位、参与实验的机构及合作组、相关实验、相关期刊、相关会议的信息，甚至包括了职位和博士后的招聘等，总之你想了解的应有尽有，令人更惊喜的是它还具备了分析与统计信息数据的强大功能。

为何INSPIRE能被高能物理领域研究者们高度认可和信赖？它是怎样建立的？在好奇心的驱使下仔细追溯了INSPIRE的发展历程，发现它竟然有那样不凡的身世( I．原来它有那样不凡的身世)，有那么多动人的故事。最初的探索来自好几条初始脉络，来自一些具有惊人奉献精神的有识之士，随着科技的发展引出了多个有趣的发明，它的功能越来越强大，最终强手联袂成就了一个硬核的“王者”INSPIRE！

(INSPIRE几十年发展历程中的故事分为三个部分介绍)

II 发明的灵感来自烦恼？

数位具有远见的图书管理员的大胆探索以及他们团队的艰辛付出为SPIRES-HEP的创建与发展建立了坚实基础。创建的初期阶段，最主要的工作只能通过人力大量繁琐的手工操作进行，随着科学技术的发展，数据信息的检索逐渐由手工操作向使用计算机技术过渡，在这个过程中有多项关键技术是由计算机专家和物理学家发明的。极为有趣的是他们的发明往往是为了解除在数据信息检索过程中产生的烦恼，他们与那些最早的探索者们共同为SPIRES-HEP的发展做出了极为重要的贡献。

No.1 心生烦恼引出的念头

预印本文稿通常包含大量复杂的数学公式及各类符号，用标准字母及数字字符往往难以完美表述，这对电子预印本的传输质量有很大影响，电子预印本的排版总是不完美。这麻烦让斯坦福大学(Stanford University，CA)的计算机专家唐纳德·克努斯(Donald Knuth)赶上了。克努斯1968年时写了本描述计算机编程艺术的书《The Art of Computer Programming》，几千页的手稿中列有大量编程示例，当时出版商采用的是人力排版。1976年此书再版，出版界均已改用电子排版，那些复杂的公式及各类符号的电子排版效果很差，克努斯对此心生烦恼，萌发了自己设计一个能自动进行电子排版的计算机软件的念头。

唐纳德·克努斯(Donald Knuth)(图片来自网络)

1979年，克努斯和学生一起设计了一款名为“TeX”的电子排版软件作为编写和排版文章的一种编程工具。TeX属于新型文本标记语言，只需在手稿里加入经过定义的简单代码便可让计算机按命令完成排版操作，完美地排出复杂的数学公式(也包括各种物理符号)。TeX被誉为20世纪排版技术方面的最重大发明，正是这项技术为高质量电子预印本的传输奠定了极为重要的基础。

TeX语言及其显示效果示例(图片来自网络)

用TeX排版后输出的复杂数学公式(图片来自网络)

克努斯发明TeX后不久，计算机专家莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)为TeX格式制定了一个标准“LaTeX”，LaTeX依据一般科技文章的排版格式定义了许多TeX命令和模板，使用者无需了解TeX命令之间的复杂关系，仅仅用几个LaTeX命令便可以很快的得到漂亮的专业排版结果，研究者共享论文更方便了。

莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)(图片来自网络)

No.2 令人不爽就想独立

SLAC之外的各大学、研究机构仍不能及时收到新的电子预印本，这事令美国纽约市立大学的艾拉·福克斯(Ira H. Fuchs)和耶鲁大学的格雷登·弗里曼(Greydon Freeman)十分不爽，于是他们想弄一个专门的学术网络来解决这个问题。基于对50多所大学需求的调查结果，他们着手创立了一个更加便于远距离的大学、研究机构之间学术合作的独立计算机网络(Because It’s Time Network，简称BITNET)。

艾拉·福克斯(Ira H. Fuchs)、格雷登·弗里曼(Greydon Freeman)(图片来自网络)

BITNET基于美国的ARPAnet节点网络技术而创立。ARPAnet最初属美国国防部高级研究计划局(ARPA)的军事网络研究项目，主要解决不同型号计算机之间相互兼容的问题。1969年10月29日ARPAnet完成了4个节点的数据传输，之后逐步扩展，1972年10月美国各地有40台计算机成功实现互联，1973年扩展到海外，至1975年ARPAnet已有100多台主机互联运行。而BITNET属于独立学术网，目的是为大学以及研究机构的用户提供邮件列表服务器，可将电子邮件及信息文件从一个BITNET节点分发到另一个BITNET节点，且在每个节点都可被转发和保存，直至到达最终目的地。

1981年5月，BITNET使用租赁的电话线路将纽约市立大学与BITNET的第一个节点——耶鲁大学顺利连接。两年后BITNET连接的节点已达到了20个，此后的发展更为迅速，陆续连接了1400余个高等教育机构、实验室以及IBM网络的数百万用户，同时也与加拿大、墨西哥、南美、欧洲和日本等地一些大学的类似网络相连接。

BITNET网的建立使SPIRES数据库每晚都能更新，预印本的电子传输更加便捷，分散在SLAC之外的各大学、研究机构都能及时收到新的电子预印本了。

1988年BITNET连接的美国节点示意图(图片来自网络)

No.3 太紧俏了另想办法

有了独立学术网BITNET，但SLAC以外的用户还有一个烦恼，访问SPIRES-HEP还得拥有SLAC的电子邮件帐户，而这个账号实在太紧俏，SLAC以外的用户很难申请到。此事使SLAC数据库系统开发人员乔治·克兰(George Crane)一直心心念念。

1985年，克兰开发出一套极有价值的远程用户访问系统“QSPIRES”(其服务器设置在SLACVM主机的BITNET节点上)，这使物理学者们无论身处何地，无需拥有SLAC帐户便可通过电子邮件(Email)查询SPIRES-HEP数据库且能得到系统回复的查询结果(高峰时间段QSPIRES可回应来自44个国家662个节点的咨询)。QSPIRES为用户，特别是SLAC以外的用户带来了大惊喜(那662个节点代表了SPIRES-HEP的5000余名非SLAC成员的远程注册用户)，他们可通过访问SPIRES-HEP即时检索到自己所关注的某位作者或研究机构发表论文的清单，还能了解到每篇论文被引用的情况等信息。SLAC图书馆制作的预印本目录PPF也可通过电子邮件发送了。

乔治·克兰(George Crane)(图片来自网络)

No.4 让欧洲的在美国扎根

万维网WWW(World Wide Web，也简称Web)是CERN的蒂姆·伯纳斯·李(Tim Berners-Lee)为满足世界各大学、研究所人员的信息共享需求而构想开发的。1990年12月，伯纳斯-李以自己的NeXT计算机为服务器，架设了人类历史上第一个Web网站。Web具有动态交互性的跨平台分布式图形信息系统，全世界各处使用不同操作系统计算机的研究者们可以使用图形化、易访问的直观界面在因特网(Internet)上查找和浏览信息，便于他们从数据库中搜索、获取文档共享研究成果。1991年8月6日，Web首次在因特网上发布。

蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)(图片来自网络)

1991年8月首次在因特网上发布的Web(图片来自网络)

Web的创建是一项具有革命性的重要成就，但一开始并没有得到更多人的认同，因为当时世界上所有的Web服务器都在CERN附近，给人感觉Web就像CERN的一个小型内联网，信息只是在CERN的几栋楼之间传送？

1991年9月13日，SLAC的物理学家保罗·昆兹(Paul Kunz)到CERN参加学术活动时巧遇伯纳斯-李。伯纳斯-李在自己的办公室向昆兹演示了Web——不同的计算机之间可通过因特网进行信息检索。一开始，昆兹对此并没感到有多兴奋，他觉得不兼容的计算机系统之间可相互检索文档并不算什么，但当他看到伯纳斯-李在NeXT计算机上向CERN主机发送一个查询要求后很快得到了检索结果时忽然产生了灵感，他想的是相隔半个地球的远程计算机之间是否可以实现呢？昆兹请伯纳斯-李通过Web远程登陆自己在美国SLAC的NeXT计算机并检索一个网页，尝试的效果使他们都感到了震惊，随即他们讨论了一些深层的技术问题。据《How the Web Was Born》一书的作者James Gillies、Cailliau)的描述，昆兹当时就对伯纳斯-李说：“我打算一回美国就把SLAC的SPIRES-HEP数据库放到Web上。”

保罗·昆兹(Paul Kunz)(图片来自网络)

昆兹回到美国后立即向SLAC图书馆馆长阿迪斯和她的团队分享了CERN伯纳斯-李等人开发的奇妙的Web。讨论过程中他们很快就将Web应用于SPIRES-HEP数据库所具有的潜力达成了共识。当时，访问SPIRES-HEP数据库需使用深奥的数据库语言远程登录及查询数据库，或者通过昆兹开发的一种即时通讯技术(Instant Messaging)与SLAC图书馆员联系，请求他们检索自己所需的信息发回来，这两种方法操作起来都比较麻烦。如果能在SPIRES-HEP数据库插入一个Web界面，世界各地的研究者只需在该界面的搜索框里输入要搜索的关键词就可得到他们需要的信息，再也不用纠结那些复杂的数据库语言，也不用向SLAC的图书馆员发请求信息，SLAC的图书馆员也不用为满足各类研究者从数据库中检索所需资料的要求花费大量的时间和精力了，而SPIRES-HEP数据库则会拥有更广泛的受众。

说干就干，昆兹与程序员特利·洪(Terry Hung)在SLAC的IBM计算机主机上设置SPIRES-HEP数据库的Web服务器，阿迪斯邀请编写QSPIRES软件的克兰用HTML语言(由伯纳斯-李等人发明的超文本标记网络语言)为SPIRES-HEP编写Web界面，而物理学家托尼·约翰逊(Tony Johnson)则负责编写数据库页面本身的代码。

特利·洪(Terry Hung)、托尼·约翰逊(Tony Johnson)(图片来自网络)

几个月后，他们就完成了具有搜索功能的SPIRES-HEP数据库页面。1991年12月12日，SPIRES-HEP数据库的Web服务器正式上线，这是欧洲以外的第一台Web服务器，它使全世界都可方便地使用SPIRES-HEP，意义重大。伯纳斯-李用电子邮件向[email protected]和[email protected]名单中的所有人公布了此事，并对SLAC的昆兹、洪、阿迪斯等人表示了衷心的感谢。

具有搜索框的SPIRES-HEP数据库页面(图片来自网络)

SLAC通过因特网可为高能物理研究者提供拥有30余万条书目的SPIRES-HEP数据库资料，该数据库的远程搜索量从每月5000余次猛增到每天5000余次。伯纳斯-李表示：SPIRES-HEP数据库的Web服务器成功上线是Web腾飞的主要原因之一。他认为：如果没有SPIRES-HEP数据库的那个具有革命性意义的搜索框，Web也许很难达到爆发式的发展。这是因为SPIRES-HEP数据库对高能物理学研究已不可或缺，很多物理学者最初使用Web只是为了访问SPIRES-HEP数据库，然后他们把这个方法告诉给更多的同事，这个消息会越传越广，这正是Web最初的传播方式。SPIRES-HEP成为第一个在Web上提供服务的数据库。

No.5 好用的就去牵手

1991年还有一项十分重要的研发成果诞生，它来自美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的物理学家保罗·金斯伯格(Paul Ginsparg)。

金斯帕格与其他物理学者们一样经常通过电子邮件使用SPRES-HEP信息检索系统，虽然能感受到信息交流的便利，但他常为自己电子邮箱收到的预印本文件数量过多而烦恼。金斯帕格特想为此做些什么，终于，他有了一个全新的思路，设法让作者通过电子文件的传输将论文及相关数据发送到一个集中的存储库，而需要者则可从这个存储库直接获得新增的预印本清单。

保罗·金斯帕格(Paul Ginsparg)(图片来自网络)

基于这个思路，金斯帕格研发出名为“arXiv.org”的开放式物理领域电子预印本在线数据库。论文作者只需用Tex格式文本标记语言将自己论文的电子预印本通过arXiv.org的电子提交系统发布到它的公共服务器上。论文只需经一名在该服务器发布过论文的同领域人员审阅认可后便可发布(与期刊的同行评审不同)，而arXiv.org系统会依据文件的上传时间为论文分配一个公告编号(此编号即成为该论文原创性的有力证明，可有效防止研究者的新成果在某期刊正式发表前被剽窃)。arXiv.org系统每天晚上将前一天递交来的电子预印本清单通过电子邮件发送给订阅者。

arXiv.org于1991年8月14日开始正式运行，它以自己的优势迅速成为研究者电子预印本的首选预发表点，数学、物理学、天文学、电气工程、计算机科学、生物学、统计学、数学、金融等领域经简单审核批准但未经同行评审的几乎所有文章在同行评审期刊发表之前都会先在arXiv存储库中作预收录。作为一个原型资源库，arXiv旨在为所有学者提供一个获取和传播信息的公平竞争环境，而并不着重于复杂的搜索或书目信息的管理。

20世纪90年代初的arXiv服务器(图片来自网络)

保罗·金斯伯格创建的arXiv.org在线数据库(图片来自网络)

1991年年底，SPIRES-HEP数据库的Web服务器正式上线后阿迪斯有了新的想法：如果把新的SPIRES-HEP网页界面与金斯帕格的arXiv在线预印本库链接起来，那就不仅用简单的文本查询可以搜索某篇想要参考的论文，还可以通过arXiv直接从网上下载该论文的完整副本了。

在阿迪斯的鼓励下，金斯帕格很快完成了arXiv的Web界面设计，SLAC图书馆员将SPIRES-HEP的书目记录与arXiv中的论文进行了全文链接。注册作者可通过arXiv的Web界面提交他们的论文，而且还可以更新他们以前的提交。

要做到所说的“全文链接”并不是一件简单的事。电子预印本在线数据库arXiv接收的论文是用Tex格式文本标记语言写的，SPIRES-HEP要对arXiv的论文进行全文链接必须要将提交给arXiv的Tex文件处理成PDF格式的文件。起初，这类文件的处理完全靠SLAC图书馆成员用人工完成，需先打印出每一份来自arXiv论文的Tex文件，然后再将其处理成PDF文件，而早期的arXiv论文Tex文件中包含很多错误，处理时更不容易，这使SLAC图书馆的成员们面临了极大的工作量。

这个难题被美国布朗大学的物理学家保罗·曼德(Paul Mende)解决了。曼德于1994年初将自己编写的一个能将Tex文件自动转换为PDF文件的程序作为礼物赠送给了SLAC图书馆。最终，该程序可帮助SLAC图书馆处理约55%-80%的Tex文件，剩余的因存有一些问题而无法自动处理的论文仍需靠人工进行处理，在此过程中DESY和CERN也给予了SLAC图书馆很多帮助。几乎在同一时期，美国洛斯阿拉莫斯实验室的物理学家坦莫伊·巴塔查里亚(Tanmoy Bhattacharya)也编写出一个类似的程序，后来发展成为一个得力的文件格式转换工具。直到1995年中期，PDF格式被列入arXiv提交文件的要求，SLAC图书馆才从这项任务中解脱出来。 

保罗·曼德(Paul Mende)、坦莫伊·巴塔查里亚(Tanmoy Bhattacharya)(图片来自网络)

SPIRES-HEP与arXiv的联手发挥了极好的互补作用。arXiv作为后端数据存储库，SPIRES-HEP提供前端接口，将提交arXiv的论文与已发表的文献进行匹配，并添加引文、关键字和其它信息。arXiv中所有与高能物理研究相关的内容都可在SPIRES-HEP中被索引(arXiv则依赖SPIRES-HEP完成引文分析等功能)。这使SPIRES-HEP成为使用更为广泛的文献搜索入口，提供论文的从属关系、参考文献、引文等详细原始数据和已发表论文的链接、会议信息等，而多年以来该领域的期刊文章、研讨会议论文、专题介绍文章以及各类讲义等几乎都能在arXiv中找到。

在阿迪斯的提议下，SLAC于1992年2月成立了一个“奇才”团队(WWW Wizards)”，当时的成员有阿迪斯、克兰、怀特(Bebo White)、约翰逊、马克·巴奈特(Mark Barnett)和琼·温特斯(Joan Winters)等。这个团队的成员不仅帮助维护SLAC的网站、开发Web技术、进一步改进SPIRES-HEP、为首次上网的研究者和学者提供帮助。他们非常活跃，只要有机会就会做出自己的贡献。

WWW Wizards团队部分成员拜访昆兹(由左至右，阿迪斯、克兰、约翰逊、温特斯(Joan Winters)与昆兹)，桌上是NeXt电脑(图片来自网络)

SPIRES-HEP与arXiv联手后也对Web的发展起了重要的推动作用。美国费米国家实验室、德国DESY、荷兰国家亚原子物理研究所(NIKHEF)、美国麻省理工学院计算机科学实验室(CSAIL)等都于1992年中期陆续建立了自己的Web服务器。在法国安纳西1992年9月举行的高能物理计算会议上，伯纳斯-李做了题为“World-Wide Web”的演讲，他展示了欧洲、北美Web服务器以及计划在亚洲和澳大利亚安装的Web服务器分布图——共约20台，这使与会的几十位物理学者大为兴奋，甚至有的与会者说:“如果有一样东西每个人都应该从这次会议带走的话，那就是Web。”

伯纳斯-李在1992年9月高能物理计算会议上的报告及展示的图片(图片来自网络)

No.6 不喜欢就自己搞

SLAC物理学家约翰逊(SLAC奇才团队的成员之一)参与了欧洲之外的第一个Web服务器的建立，但约翰逊对安装在个人电脑上的软件——“Web浏览器”并不喜欢(例如CERN推荐的ViolaWWW浏览器等)。SPIRES-HEP与arXiv联手后本已具备可以下载PDF格式预印本的功能，可当时的Web浏览器却无法直接阅读PDF文件，这事让约翰逊感到闹心。

1992年夏天，约翰逊为使用Unix操作系统的计算机开发出了新的Web图形化浏览器“MidasWWW”，其独特之处就在于可以直接显示PDF文件，既可以在SPIRES-HEP数据库中搜索所需的出版物，也可以通过从档案中提取文档来在线直接查看，而浏览器显示出的科学公式与纸质文稿中手写的完全相同，这个功能深受研究者的青睐。1992年11月16日MidasWWW浏览器正式发布，SPIRES-HEP的用户数量迅速增长。

托尼·约翰逊开发的Midas Web浏览器(图片来自网络)

SPIRES-HEP数据库的web网页，可直接下载搜索结果中预印本的PDF文件(图片来自网络)

MidasWWW浏览器的首批使用者之一，美国伊利诺伊大学计算机专业的学生马克•安德森(Marc Andreessen)当时正在为美国国家超级计算应用中心(NCSA)开发计算机软件。安德森给约翰逊发了邮件说他认为MidasWWW是一流的，自己很喜欢，并告诉约翰逊他发现MidasWWW存在一些代码问题，建议进行修改。约翰逊回复他“我现在很忙，没有时间做出所有这些修改，但我会考虑的。”约翰逊担心修改代码要化费很多时间会影响自己的物理研究。

安德森转而与同在伊利诺伊大学的NCSA程序员埃里克·比纳(Eric J. Bina)合作，2个月后的1993年1月，NCSA发布了安德森和比纳开发的基于Unix操作系统的新款浏览器“Mosaic 0.5”，被伯纳斯-李赞为“Brilliant!(绝妙)”。

马克·安德森(Marc L. Andressen)、埃里克·比纳(Eric J. Bina)(图片来自网络)

Mosaic浏览器(图片来自网络)(图片来自网络)

1993年4月22日，NCSA正式发布了改进、完善后的浏览器“Mosaic 1.0”，此时的Mosaic浏览器已能在电脑屏幕上包含嵌入式图形。1993年10月，Mosaic又实现了在Apple Macintosh和Microsoft Windows平台上的运行。由于安装简单，能将图片直接嵌入网页并适应于使用各类操作系统的计算机，Mosaic大受欢迎，每天都有成千上万的个人电脑用户免费下载。Web最常用浏览器被Mosaic占有，Web由此在全世界爆发式扩张，SPIRES-HEP数据库的用户随之更加广泛。(注：因商用Web浏览器发展迅速，1997年1月7日，NCSA发布最后一版Mosaic后宣布停止继续开发。)

引入Web后SPIRES-HEP的使用者急剧增加(图片来自网络)

No.7

结语

以上列出的这些推动SPIRES-HEP发展的相关发明并不完全，但SPIRES-HEP的功能越来越强是无争的事实，这些了不起的发明者与那些最早的探索者们共同为SPIRES-HEP的发展做出了极为重要的贡献。

编辑：宇航员