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用馬拉車繩索怎麼綁?古人苦惱千年——科學史札記(十)

張之傑_96
・2016/07/24 ・1739字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

馬兒用來乘騎並不難,只要膽子夠大,懂得馬術,就可以騎在馬背上馳騁。但用來拉車就不那麼簡單,人類大約經歷了三千五百年,才把拉車的問題徹底解決。

horse structure(http://sen.wikipedia.orgwikiEquine_anatomy)
馬的身體構造。圖/By Owain Davies – Own work, CC BY 3.0, wikimedia commons.

馬的體型不像牛,不能用牛的方式拉車。牛的背部隆起,像天造地設似的,剛好可以套上用彎木頭做成的「軛」,用來拉車十分方便。馬就不行了。馬兒的背部是平的,用來拉車,只能把繩子綁在馬身上。但要怎麼綁呢?這裡面的學問可大了。

「輓馬法」的演變

把繩子綁在馬身上的方法,稱為「輓馬法」。最初的輓馬法,可能把繩子直接套在馬的胸部。這種方法雖然方便,但馬兒跑起來繩子會上下移動,很容易勒住喉嚨。於是人們加以改進,在胸部和腹部各套一條寬帶子,胸帶和腹帶在馬背上交會,輓馬的繩子就綁在交會點上。胸帶被腹帶牽扯著,不容易滑到頸部。這就是第一種可以使用的輓馬法──胸輓法

胸輓法
胸帶和腹帶在背上交叉的胸輓法。圖/pixabay

不論中西,最初使用的輓馬法都是胸輓法。這種輓馬法雖然不會勒住馬兒的喉嚨,但因力學的關係,效率不高。古埃及、古西亞、古希臘或古羅馬的馬車,車子都很小,通常只坐兩個人,卻要用兩匹馬或四匹馬來拉。中國春秋時的戰車,一律用四匹馬來拉,也只能坐三個人。這時的馬車看起來威風凜凜,其實效率都很低,根本就跑不遠。

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胸輓法大約使用了兩千年,人們才發明了胸肩法。新的輓馬法將胸帶降低,肩帶和胸帶在馬腹的兩側交會,輓馬的繩子和胸帶連在一起,這樣就可以降低馬兒胸部受到壓迫,使效率略有提高。在中國,大約到了西漢,舊有的胸輓法就被這種新的輓馬法取代了。

到了魏晉南北朝,中國人又發明了一種高效率的輓馬法,使馬兒的力量提高五倍!過去要用五匹馬拉的車子,現在只要一匹就夠了。新的輓馬法稱為護肩法,只在馬的肩部套上一條寬軟的護肩,輓馬的繩子直接綁在護肩兩側。馬兒拉車的時候,不論怎麼出力氣,都不會壓迫到胸部。

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護肩法。圖/pixabay

這種理想的輓馬法於十世紀傳到歐洲,對交通、運輸發生了深遠的影響。從此歐洲有了長程馬車,人與人的距離拉近了,國與國間的互動增加了,貨物可以運到遠地出售,一些貨物集散地因而發展成城市。有些學者甚至認為,中國人發明的的輓馬法,是促成歐洲興起的原因之一。

「馬鐙」使雙手空下來

除了有效率的輓馬法,馬鐙也是中國人發明的。沒有馬鐙,騎士雙腳懸空,不容易使力,若非騎術特別精湛,很難騰出手來做其他的事。有了馬鐙就不一樣了,人和馬的力量結合在一起,無論馬跑得多快,在馬上掄槍舞劍,或是挽弓射箭,都變得容易得多。

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那麼馬鐙是什麼時候發明的?這個問題至今尚無定論。秦始皇陵出土了許多騎士俑,各種馬具齊備,但沒有馬鐙。漢代的出土文物也沒發現馬鐙。目前出土最早的馬鐙,可考的年代為東晉永昌元年(322)或稍後。但也有人認為早在兩漢就有馬鐙,不過缺乏直接證據。

馬鐙
巴約掛毯,作於1070年,圖為其局部。顯示其時騎士皆腳踏馬鐙。

馬鐙發明後,很快就傳到朝鮮,在五世紀的朝鮮古墓壁畫中,已有了馬鐙的記錄。至於馬鐙傳到西方,可能先傳到突厥,大約八世紀輾轉傳到東羅馬,繼而傳播到整個歐洲。有了馬鐙,騎士的馬術可以盡情發揮,也可以穿著厚重的盔甲騎在馬上,為中世紀的騎士制度創立了條件。

英國著名中國科技史學者李約瑟博士評價馬鐙說:「關於馬鐙曾有過很多熱烈的討論,最近的分析研究,表明占優勢的是中國。直到八世紀初期,在西方(指東羅馬)纔出現馬鐙,但是它們在那裡的社會影響是非常特殊的。林恩‧懷特說:『只有極少的發明像腳鐙這樣簡單,但卻在歷史上產生了如此巨大的催化影響。』」李約瑟又說:「我們可以這樣說,就像中國的火藥幫助摧毀了歐洲封建制度一樣,中國的馬鐙卻幫助了歐洲封建制度的建立。」

(原刊《經典》2004 年 2 月號)

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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中世紀全民瘋武術(上):歐羅巴戰鬥民族
Jane Tsao_96
・2017/02/27 ・3645字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

文/九爺|本科學政治、Vor&Nach 史實歐洲武術會成員、戳樂黨員、業餘歷史與考古愛好者,興趣是講故事。

被遺忘的歐洲武術傳統

武術在中世紀歐洲人的生活裡,究竟是什麼模樣呢?是像梅爾吉伯遜的史詩大片《英雄本色》中那樣,只是用蠻力亂砍?還是像模擬中世紀背景的當紅影集《冰與火之歌》一樣,有許多華麗炫目又狗血的身段和姿勢?

武術在中世紀歐洲人的生活裡,究竟是什麼模樣呢?圖/擷取自 youtube

事實上,一直到近期,學術圈內對於研究「人與人之間」(inter-personal)的暴力和衝突行為,都不十分重視,而且經常帶有許多偏見。主流學術社群不認為戰鬥技巧或戰場上實際發生的事是值得研究的主題,在做相關研究時,往往對比較抽象的「騎士文化」(chivalry culture)、貴族身分(noble identity)或是軍事原理(military principles)更感興趣。

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而這種對於較宏觀、抽象的研究較為偏好的結果,不但忽略了「武術」這種實際的戰鬥技巧,在常民生活中的重要地位,也推波助瀾、間接促成許多對古代戰士和戰場的詭異偏見,例如誤以為古代的兵器只是沒用的大鐵塊;基層的戰士只是一群智商偏低的傻瓜,不需要任何基本訓練,只要有熱血的臨陣精神喊話就可以靠腎上腺素打爆對手;或是覺得戰役就像是下棋,光靠主帥個人的腦力(或魅力)即可決勝負。

這種違背常識,可笑但卻普遍的誤解不但忽略了「武術」其實是一門擁有悠久歷史的專業,也容易讓人以為這些技術是只屬於上層階級的專利。但事實上,中世紀的歐洲武術不僅十分專精、有效且多樣化,普級的程度也比現代人想像得廣且深,就是把歐洲人比喻為戰鬥民族,應該也不為過。

史料、考古與實驗:找回失落戰鬥民族

武術在中世紀人的生活中,究竟普及到什麼程度呢?這個問題在 2011 年,一篇由英國艾克斯特大學(University of Exeter)人類學系研究生 Johann Keller Wheelock Matzke 所發表的學位論文中,有非常完整且精采的解釋。Matzke使用「實驗人類學」(experimental archaeology)的研究方法,來證實他的研究假說:傳授、學習武術或戰鬥技巧在中世紀歐洲是非常普遍,不限於上層階級的。

首先他回顧了中世紀歐洲的武術傳統,用爬梳過的書面資料來呈現當時武術的普及程度,以及「武術手稿」(combat manual)的重要性。接著檢視考古遺址中出土的戰士遺骸,比對遺骸上的創傷與手稿中教授的戰鬥技巧,藉此來推定這些手稿在當代的普及程度。最後 Matzke 設計了實驗,找來了現代的歐洲武術習武者進行對打,比較對打時習武者被擊中的部位與出土的戰士遺骸創傷。

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在這篇介紹文中,筆者將 Matzke 的研究分為上、下兩個部份,本篇將先從介紹中世紀歐洲的武術傳統開始。考古與實驗的的資料將於下篇介紹。

文獻中的戰鬥之魂:武術手稿

什麼是武術手稿(combat manual)?手稿(manual)顧名思義,就是指導手冊。想要學習武術的人,可以從手稿裡學到如何快速且有效的擊敗對手。它的功能其實就是產品說明書,可以清楚的告訴想要學習某一套武術系統的人,應該要如何實際操作,現代軍隊的單兵作戰手冊也有同樣的功用。

但是,即使手稿的功能和意義如此明確,但它們在中世紀當代流行的程度又是如何呢?它們是被廣為流傳的操作實錄,還是只是藏諸名山的個人私藏?要解答這個問題,Matzke 認為應該要從檢視手稿本身的內容,以及歐洲的武術傳統兩方面來要行解答。

相似的傳統,不同的詮譯

從 14 到 17 世紀之間產出的手稿,我們可以知道歐洲武術至少有日耳曼、義大利、法國、西班牙四大系統。但即使系統之間有不同的傳承,在主題和呈現方法上往往也可以找到相似性。

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以長劍的架勢為例,以下四圖示日耳曼系統長劍(longsword)的四個架勢:愚者、屋頂、公牛和犁式。

日耳曼系統長劍(longsword)的主要四個架勢。由左至右分別名為愚者、屋頂、公牛和犁式。圖/Wiktenauer

而有別於日耳曼傳統,在義大利的系統中也可以看到相似的架勢。由下圖左上依順時鐘依序為淑女、窗戶、半鐵門及短位式。

義大利系統。圖/ Armed and Educated: Determining the Identity of the Medieval Combatant

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多樣化的武器

在歐洲武術的流派(school)中,經常可以看到相似的技巧呈現在不同的武器上,例如長劍、槍(spear)、短劍(short sword)、匕首和斧錘(poll axe)。也有特殊武器如長柄大鐮刀,或是短鐮刀的戰鬥技巧。

像死神在用的大鐮刀,其實是歐洲常見的農具。圖/Paulus Hector Mair

短鐮刀的戰鬥圖譜。值得注意的是其中一個比試的人顯然擁有非洲血統,這與一般對中世紀歐洲的文化想像不太相同。圖/Bizarre and Unusual

強調「掌握主動權」的武術傳統

這些由手稿傳承的武術傳統,最大的特性是強調「掌握主動權」(initiative),讓對手處於必須防禦的狀態,如此才能確保自身的安全。除此之外,這些傳統也強調任何一個攻擊招示,都會有一個反制或截擊(counter-attack)的方式存在,妥善地運用攻擊和反制、截擊的技巧,就可以在戰鬥中掌握主動權,然後擊敗對手。

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人人有功練

絕大多數的手稿都會把武術描述為「騎士的技藝」(knightly arts),且只有配得上的人(worthy men)才適合學習。然而,在一些手稿中也有提到,即使是基層的士兵仍必須學習這些技巧,才能如實完成上層交辦的任務,所以至少我們可以知道,封建領主的扈從是有接受武術訓練的,而除了全職的扈從階級之外,非全職、受徵集而來的一般兵員應該也有接受相當程度的訓練。

隨著封建制度漸漸瓦解、常備軍的增加,識字率的提升和印刷文字的普及,我們應該可以確定,至少在中世紀的後期,相當比例的人口對於武術手稿所教授的內容不陌生。事實上,到了中世紀後期,各個城鎮都普遍出現許多武術學校(fencing school,註),一般人只要付得起學費,進行一到兩年的訓練,就可以獲得足以防身或是成為傭兵的戰鬥技巧。劍術學校的出現,代表了武術已經常民化,可以說是已經到了人人有功練的境界。

  • 筆者註:在現代擊劍文化獨佔 fencing 這個用字之前,只要是使用兵器的格鬥都叫作 fence。

古老的武術傳統

由於缺乏史料記載,我們對於中世紀晚期以前的武術是如何教授、傳承,其實並不十分清楚,但多數學者皆同意,在 14 世紀以前,軍事、戰鬥相關知識的養成,應該是和騎士身分(knighthood)密切結合的。在成為騎士之前,騎士階層的子弟會先被指派給年長的騎士當侍從(squire),而不是去劍術學校和平民階級混在一起。隨著年齡的增長和知識、技巧的養成,侍從在二十歲前後會經歷一系列的儀式,最後獲得騎士身分。

在中世紀晚期(14、15 世紀)的手稿中,這些戰鬥技巧(諸如馬術、長劍、劍盾、槍、搏擊等),已經被視為是「古老」的知識。從 14 世紀到 17 世紀,就像武器和裝甲是跨越國境四處流通的商品一樣,武術大師四處旅行傳授他們的戰鬥技巧。僱兵在歐洲各地征戰,定期舉行的比武大會則吸引四處的旅行、身懷技術的人參加。由於需求的增加,越來越多的武術技巧被記錄並且配上插畫,不同地區間各流派也透過這些手稿相互交流。在這個時期,不同流派的大師們,或因不同意其他大師的見解,或因不滿意前人的表現技術的手法而不斷生產更多手稿。值得注意的是,不論是哪一個系統的武術,沒有任何一份出版過的手稿宣稱這些技術是自己獨立發明而來的。

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傳統為何會勢微?

但這項至少風行數百年,曾經在歐洲文化中佔有重要地位的武術傳統,為何最後會走向勢微呢?Matzke 的研究為我們提供了幾個可能的因素:

運動化

縱觀歐洲武術傳統的發展,當戰鬥技巧不再具有實用價值之外,它們最終往往只有兩種結局:廢棄不用,或被運動化,拋棄其技巧中最具殺傷力的部份。至於為何武術會失去實用價值?原因則藏在更宏觀的社會經濟發展脈絡裡。

火器的普及

火器的普及使戰場不再大量需要訓練精良的戰士。最著名的實例就是拿破崙,他的部隊絕大多數是訓練期短的徵員,但卻因為火器的使用而能與其他國家訓練良好的戰士在戰場上一較高下。

工業革命

產業的變遷讓大量農村人口離開原鄉,轉進到都市謀生,許多原本生根於農村的武術傳統,例如長弓、鐮刀的戰鬥技巧,就此失傳。

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兩次世界大戰

兩次世界大戰讓歐洲的男性人口大量減少,也連帶地使與男性性別特質連帶的各種傳統遭受巨大衝擊。例如在英國,不要說是武術,就連劍舞(sword dancing)和風笛也幾乎因此而失傳。具殺傷力的武術傳統也因此而更走向被揚棄或運動化。

(意猶未盡,就接著看下篇吧!〈中世紀全民瘋武術(下):看看那些骨頭!!〉)

參考資料:





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Jane Tsao_96
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大學與研究所修習政治科學,現為全職媒體工作者,也是歷史歐洲武術(Historical European Martial Arts, HEMA)的練習者,台灣HEMA團體Aquila Formosa的成員,主攻長劍與劍盾,家裡有貓,喜歡考古相關知識,以及毛絨絨的可愛東西。