【Gene思書齋】專注的超凡力量

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

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。

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 奈米或 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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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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在這個嘈雜的世界裡，我們不能再那麼漫不經心的看待日常的喧囂。

這些噪音並沒有達到或超過一般所認定的「危險」程度，它們不是新奇的聲音，也不是令人提高警覺的聲音，而是一些持續不斷的聲音，並且它們的聲學特質隨著時間推移後通常還能保持一致。因此，這些聲音傳遞不了多少訊息，它們大部分被視為「背景噪音」，所以經常遭到我們忽略。

不容忽視的背景噪音

我們不去聽這些聲音，但我們是真的沒聽到？或者我們只是在一種持續警戒的狀態下過活？我們都有過這種經驗：聲音消逝後才發現它的存在。

常見的例子有空調壓縮機的運轉聲，或是卡車怠速時的引擎運轉聲，等空調的壓縮機結束運轉循環或卡車引擎關閉後，我們才突然「聽見」了寂靜，然後長舒一口氣，短暫地陶醉在這份平靜裡，直到聲音再次響起或被其他擾人的聲音所取代。

如果我們的耳朵沒有因此受損，而多數時候也可以不去理睬這些聲音，那麼我們還需要關心這樣的噪音所帶來的困擾嗎？科學給我們的答案是：

我們確實該注意這些聲音，並且為我們的大腦感到擔心。

暴露於中等程度的噪音後，聽力閾值屬正常的人可能會在有噪音的環境中出現難以理解語言的情況。除此之外，嘈雜的環境本來就有許多跟聽力無關的負面影響，但這種情況卻時常被低估。

長期暴露在噪音下如住在機場附近，會導致人們感受到整體生活品質的下降、感受到壓力增加並伴隨著壓力荷爾蒙皮質醇（cortisol）的分泌量增加、記憶力和學習能力產生問題、難以執行有挑戰性的任務，甚至會導致血管硬化和其他心血管疾病。

根據世界衛生組織估計，每一年因噪音暴露及其帶來的間接影響（如高血壓和認知表現衰退）而生病、引發殘疾，或早逝的人數相當驚人。

噪音使專注力下降

噪音還會對學習和專注度產生干擾。

在紐約市的公立學校，根據教室所在位置是學校鄰近繁忙的高架鐵路的一側，或是位於可屏蔽火車噪音的另一側，學生的閱讀測驗結果有明顯的差異；教室位於嘈雜側的學生閱讀能力落後同儕三到十一個月。

發現噪音有這般影響之後，紐約市公共運輸局在學校附近的鐵軌上鋪設了橡膠墊，教育局則是在環境最嘈雜的教室裡加裝了減噪建材，這兩項措施共計將噪音強度減少了 6 至 8 分貝，之後，不同教室間學生閱讀測驗的差異很快就消失了。

噪音造成的影響不只局限於聽覺相關，或是語言相關（如閱讀）之類的任務。有一項實驗要求受試者執行追蹤視覺物體的任務：用滑鼠跟著螢幕上一顆會動的球移動，與此同時，螢幕上還有其他動來動去的球。執行這項任務時，因為職業關係而長期暴露在噪音環境中的受試者遇到較多困難，尤其當任務搭配著隨機出現的噪音時更是如此，這些受試者的反應比較慢，無法緊跟著目標球。

睡眠凶手

在《為什麼要睡覺？》（Why We Sleep）一書中，加州大學柏克萊分校的睡眠科學家沃克（Matthew Walker）提到，缺乏良好的睡眠是「二十一世紀人類最大的公共衛生挑戰」。

睡眠逐漸被視為是影響健康的重要因素，我們的心血管系統、免疫系統以及思考能力，都會受到睡眠的影響；噪音是阻礙一夜好眠的最大凶手。噪音，甚至是音量極低的噪音，會破壞睡眠的品質，導致我們醒著的時間變多了，醒來的時間也提早了。

環境中的噪音會影響我們的睡眠品質，促使身體產生動作、從睡眠中醒來，以及心跳速率變快。交通噪音會縮短睡眠時的快速動眼期（rapid eye movement，REM，即做夢期）和慢波期（slow-wave，即深眠期），並降低夜晚睡覺時所感受到的放鬆感受。

——本文摘自《大腦這樣「聽」：大腦如何處理聲音，並影響你對世界的認識》，2022 年 12 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。

• 作者 / 艾佛瑞德 S. 波薩曼提爾、蓋瑞．柯斯、丹妮耶爾．索羅．維葛達默、凱瑟琳．基芙—柯柏曼
• 譯者 / 謝雯伃

減少讓人分心的事物

我們可以輕易看出，若從具挑戰性的問題上分心，就會造成解題的延遲。當我們分心時，我們會跟不上我們已建立起的資訊，因此很難流暢地繼續這項任務。持續經驗到分心，可能會造成你需要重覆開始同一項任務，因為在回想問題目標、變量及已有的成果上，你都會遭遇困難。

一般常會造成人們分心的事物，有電視、有歌詞的音樂、手機、持續進來的電子郵件，以及其他人的存在。有些人回報， 他們在背景有很多噪音的情況下工作狀況會更好；但研究顯示， 通常在沒有造成分心因素的情況下，才會有更好的工作效果。本章後續將會對此進行更多細節討論。

關掉電視及音樂吧，如果用不到電腦網路的話，在你埋頭進行某個專案時也關掉它。把你的手機放在另一個房間裡或者乾脆關機。停止與他人對話（當然是在他們與你要處理的問題無關的情況下）。一個常被忽略但會造成分心的因素是房間的溫度。如果你所在的房間太冷或太熱，你都可能會因為體溫的改變，或是身體上的不適而變得分心。

此外，一個任務越困難，所需耗費的腦力就越多，此時比起一般時刻，更需要將可能讓人從這項任務分心的干擾因素降到最低。回想一下你剛開始學開車時，這對大多數人來說都是相當具挑戰性的任務。許多人回報，在他們對開車駕輕就熟之前，他們必須將車內音樂關到非常小聲，甚至關掉音樂，同時也不能與他人說話，這是因為他們需要集中精神在路況上，才能安全駕駛。

即使現在你已是一名經驗老道的駕駛，你可能還是會發現， 自己在遇到像是在劇烈天氣下行駛、或是在迷路等不尋常行車狀況時，還是會把車內音樂關小或是暫停與他人的對話。在這些情況中，我們的大腦需要更多精力來解決這個迫切的問題。這表示，要將任何不必要的事物減少到最低或完全消除掉。

當然，這表示比起解決較困難的問題，若你解決的是比較容易的問題，你就不需要分配那麼多腦力在這項任務上。然而， 也不要因此就認為解決較容易問題時，分心對於成果不會造成任何影響。當任務較容易時，效率及速度成了關鍵。分心會讓小任務變成大挑戰，並讓簡單的問題變成困難且拖上很久才能解出的問題。思考下面列問題，大多數人都覺得這些題目相對簡單，但你可以試試在分心的情況下（像是開著電視，其他人在房裡說話等情況），盡你所能快速地完成題目，並把你完成每組題目的時間記錄下來。

接著，在沒有分心的情況下完成類似的一組問題。關掉你的手機及其他可能造成你分心的電子裝置。計時看看你花了多少時間完成問題。

你可能會注意到，你花在解第二組問題上的時間較少。你甚至可能會在解第一組問題時犯下一些錯誤，就因為你沒有完全專注在任務上。這兩組問題都只有幾道問題，但若是你有更多題目要解的話又會怎樣呢？更多問題會導致更多的錯誤，以及花在上頭更久的時間。

雖然閱讀本書的大多數人可能期待去學習如何處理冗長且具挑戰性的問題，但我們通常忽略了快速準確地解出更簡單問題的重要性。在現實生活中，我們每天面對許多簡單問題（再加上幾個具挑戰性的問題）。在大多數情況下，我們花在簡單任務上的時間多於實際所需，就因為我們並沒有專注在那項工作。接著，我們就因為分心而無法將這份工作做得完全或正確。減少分心，就算是問題很簡單的情況下也是如此，能增加我們的正確率及效率。

許多人聲稱，存在一些讓他們感到分心的事物，實際上能讓他們更加專心而非分心。舉例來說，人們邊工作邊聽音樂的情況相當普遍。有幾個理由可以說明，何以這似乎有助於工作效率而非造成分心。有可能是這種音樂能讓人情緒緩和，有助於減輕焦慮。如同第四章所討論的，焦慮通常會阻礙解題；因此，使用音樂作為減輕焦慮的方法可能有所幫助。然而，音樂也可能造成分心，特別當音樂中有歌詞或是歌詞十分琅琅上口時（「我愛這首歌！」）如果你覺得音樂有幫助，我們建議你選擇器樂音樂來聽。旋律會讓你冷靜下來，卻不會過度造成分心，同時也能讓你避開其他在你控制之外、令人分心的聲音（像是外頭施工的聲音，或是其他人製造的噪音）。

簡而言之，盡你可能地減少分心的狀況，無論你要完成的任務是大是小、或難或易皆然！如同在上面完成簡單數學題的活動中所顯示的，將分心事物降到最低，能幫助你更快速、更準確地完成任務。在下一段中，我們會展示在外界讓人分心的情況被降到最低後，該如何集中你的專注力。你可以試試以下兩個數學題，它們依然是簡單的題目，只是比之前單純的加法及減法問題再難了一些。在背景有令人分心的情況下解第一題， 而解第二題時要避開這些令人分心的事物。

有支軍隊與敵軍軍隊的士兵人數比是每 5 人對敵方 6 人。在一場戰鬥中，第一支軍隊失去了 40000 名士兵， 第二支軍隊失去了 6000 人。此時兩軍的士兵比是 2:3。請問，兩支軍隊在這場戰鬥後，分別剩下幾名士兵？

在走路上學的途中，查爾斯發現他每分鐘走 352 步。他每步的步長是 1.5 英尺。那麼，請問查爾斯每小時的時速為何？

練習正念：停止多工，一次專心做一件事

許多人都聽過正念，這是指將注意力一次放在一件事上， 專注於當下此刻（不要把這跟冥想搞混，那是正念的一種特定形式）。為了有效地練習正念，首先要減少外在令人分心的事物（如同前一節所提），像是關掉電視機，或是把你的手機留在另一個房間裡，都會有所幫助。然而，有很多人認為，要集中注意力是件極困難的事，即使令人分心的事物減到最低後依然如此。這是因為思緒或情緒等內在分心，也會干擾我們集中注意力的能力，特別是需要專注於當下及手邊任務時，會更加覺得干擾。

你是否注意過當你在正在進行工作時，你會冒出「不知道今晚要吃什麼？」或「喔，我剛剛想到明天上班時要開的那場會。那一定很糟！」之類的想法。從這個想法出發，你可能會對即將可能發生的事情出現焦慮或期待的感受，在你回過神來之前，你可能已經花了十五分鐘詳盡計畫了晚餐內容或是你明天上班時要討論的特定議題，但你原本的計畫是要完成一份報告或簡報！這是我們的思緒如何從當下分神的例子。

正因為如此，正念練習的關鍵就是要注意到你的注意力已經飄走了。如果你注意到自己因為外在刺激、或是當日稍早發生事件的想法、或是即將發生的事所分心，就要練習將你的注意力挪回你此刻的目標上。這個練習重覆將你的注意力拉回當下，是幫助一個人掌握正念的關鍵。一開始這看似非常困難， 但隨著練習次數增加，這會變得更容易！你可以幫自己想出一個像是「好了，回到工作上」，或甚至簡單到如「專心！」之類可以重覆念誦的咒語，幫助自己把注意力重新拉回來。