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【Gene思書齋】群眾的非凡智慧

Gene Ng_96
・2014/07/25 ・2888字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

有些書,決定不得不讀,是因為看到太多書引用該書了,像是《群眾的智慧:如何讓整個世界成為你的智囊團》The Wisdom Of Crowds: Why The Many Are Smarter Than The Few, And How Collective Wisdom Shapes Business, Economies, Societies, And Nations)。

《群眾的智慧》作者是《紐約客》(The New Yorker) 雜誌的專欄作家索羅維基(James Surowiecki),這本書的影響力頗大到其書名「群眾的智慧」(the wisdom of crowds)也成了流行用語。他在書中指出, 平均並不決然平庸,在大多數情況下,一個眾人的猜測平均更有可能比那些其個別成員的準確。雖然它可能是違背我們的直覺,群眾可以比單打獨鬥的專家更聰明。

索羅維基在《群眾的智慧》舉了許多有趣的例子,從流行文化、心理學、生物學、經濟行為學、人工智慧、軍事歷、社會現象、政治理論來論述群眾的智慧在真實的世界是如何運作的。《群眾的智慧》中 的例子最早從英國維多利亞時代開始:一群人猜牛隻屠體的重量的平均數居然高達99%準確!這讓統計學家高爾頓(Francis Galton,1822-1911)非常的驚訝。他篤信只有極少數的人具有能令社會維持健康的優良特質,也唯有將權力及掌控權交到經過挑選的,品種優良的 少數人手中,社會才可能保持健康與強壯。

《群眾的智慧》探 討了許多有趣的問題,例如為什麼美國的的情報機構未能準確預測並預防2001年的911事件?不管好片爛片,電影院何以死守單一票價的策略?科學界中為何 既是競爭又是合作?股票市場中「做空」與「做多」為何同樣重要?我們為什麼要繳稅?為什麼你排的隊伍總是看起來最長?為什麼你在世界任一角落買一顆螺絲 帽,都能與距離它一萬英哩之外的一顆螺絲釘相吻合?如果你得在某一天,在巴黎與某人碰面,但卻沒辦法聯絡到她,你們可能會在何時、何地碰面?塞車是怎麼形 成的?什麼方法最有機會贏得電視益智節目的獎金?為何你在凌晨兩點,走進一家便利商店想買瓶汽水,而汽水就會坐在架上等著你?為什麼好萊塢的黑幫電影,能 讓我們了解企業是怎麼回事?

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在另一個有趣的例子中,太空梭挑戰者號(STS Challenger,STS是太空運輸系統Space Transportation System的縮寫,是美國官方對於太空梭這種設備的正式稱呼)爆炸發生21分鐘後,光看各家漲跌就能「知道」哪家公司的零件有問題。1986年1月28 日,上午11點38分,太空梭挑戰者號爆炸發生21分鐘後,製造大空梭及其零件的洛克希德(Lockheed)股價跌落百分之五,馬丁馬瑞艾塔 (Martin Marietta)股價跌落百分之三,洛克威爾(Rockwell International)則跌落百分之六。製造固態燃料輔助引擎的莫頓希爾科(Morton Thiokol)的股價掉得最慘。換句話說,在爆炸發生後不過半小時,股市就「知道」哪家公司有罪。沒有證據顯示,有人大量賣出莫頓希爾科的股票。人類好 像是經過程式設計,成為能夠展現集體智慧的動物。

在911事件之前,美國情報圈衍生出一大串各行其是、分權的團體,大家前進的目標都相同,都要確保美國安全,不要受到攻擊,但是大家各走各的路。直到 911事件,大眾都沒有注意到這個體系的缺點。911事件後,有參議者認為集權才是王道,可是索羅維基指出,統合不是一把抓,過去未來匯集各方情報,無法 有效聚集多樣的意見才是問題所在。他又舉了Linux的開放源碼軟體的傳播的例子,顯示了群眾的智慧甚至能夠與來自微軟等公司一較高下,提供可靠和廉價的 電腦軟體。

《群眾的智慧》指 出,如果能集結到一群具備不同程度知識與見解的人,大可將重要的棘手問題交給他們去處理,強過交到一兩個人手中,無論他們有多聰明。期待專家能解決一個組 織的問題,是在浪費時間。我想,這就是為何經濟問題總是無法由幾個官大學問大的專家來解決,甚至過度自以為是的干預還擾亂市場,更甭提要強行通過眾人皆知 會對全民極為不利的協議等等。有時候政府只要做好重分配的稅制就好,把選擇權交給人民和市場吧。

要利用集體的智慧來解決問題,要有四個條件符合:一、意見真正的多樣性;二、獨立意見(所以它們之間沒有相關性);三、經驗權力下放; 四、意見聚集的適當機制。為什麼專家沒有那麼聰明?因為專家所見往往是略同,因此並不反映意見最大的多樣性;當見解和實際狀況有出入時,他們往往也無法修 改或調整自己的見解,而且往往過度自信。過去的表現從來都不是未來成功的預測,他們可能只是幸運。

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他指出美國NASA任務小組,在2003年討論面哥倫比亞號太空梭(STS Columbia OV-102)的因機翼遭泡綿撞擊時沒有預料到其極高的風險,導致它要在進入大氣層,因大空梭的機翼受損而爆炸。同樣的,美國和英國的情報部門沒有考慮到 伊拉克並沒有窩藏大規模殺傷性武器的可能性。在這兩種情況下,多樣的意見並沒有真正被匯整過。

我們為什麼願意與那些幾乎不認識的人合作?索羅維基很崇尚羅伯.賴特( Robert Wright)在《非零年代:人類命運的邏輯》Nonzero: The Logic of Human Destiny)的答案:經過一段時間後,我們自然會學到買賣與交易是能讓人皆大歡喜的遊戲,不像零和遊戲,永遠要分出誰贏、誰輸。

《群眾的智慧》表 示,最理想的企業總裁,當然應該要承認自己的知識有限,而且個人的決策也有限。而這也是為什麼通用汽車在它最風光,身為全球最成功企業的時候,重大決策都 是採取史隆(Alfred P. Sloan,1875-1966)所謂的「群體管理」方式。他以流行服裝品牌ZARA為例解釋由下而上的管理之效率。

不過,對於群體決策的效力,索羅維基也沒有一味地吹噓。《群眾的智慧》解釋金融泡沫和崩盤,指出確定股票的價格既是一種認知和統合的問題。我們總是在該公司的未來表現和其他股民之間的平衡作猜測。泡沫和崩盤發生時,這個平衡點過度轉移至統合那方,我們更擔心其他股民的動作多過公司的未來表現。

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只要有足夠的煽動,一大群人甚至可以真的以為,黑色的確是白色的。包括17世紀30年代的荷蘭鬱金香狂熱、南海泡沫、十字軍東征等等,稱不上是群眾的智 慧,只能稱上是群眾的瘋狂。加上上世紀90年代末的達康熱潮,和20世紀50年代的不太知名,但更有趣的保齡球泡沫,當時投資者大力投資保齡球球瑒,他們 的計算居然是,全美每一個男女和小孩,一年52週每週打兩小時的保齡球。金融市場也是群眾的活動,只是根據凱因斯(John Maynard Keynes, 1883-1946),其自我修正的時間長到你不會有機會看到。

最後,索羅維基在《群眾的智慧》指 出,歐美政界抱怨投票率太低。但是若從經濟學家的觀點來看,令人困惑的應該是,為什麼會「有人」肯去投票,因為想靠手中那一張票來改變選舉結果的機會,幾 乎等於零。民主,作為一個群眾的智慧之經典案例,可以是優於柏拉圖主義的精英主義。民主的決策或許不是群眾的智慧,可是決定採用民主這種方式來達成策的事實,卻證明了群眾的智慧。

本文原刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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