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美國新總統川普該上的六堂科學課 (上)

鄭國威 Portnoy_96
・2016/10/28 ・3738字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

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11/9更新:美國人民已經做出選擇,川普當選第四十五任美國總統,本文標題隨之更改。

美國第四十五屆新總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17763607
美國第四十五屆新總統。圖/By Gage Skidmore, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

編譯/鄭國威

總統通常不是科學家,但該不該有科學思維呢?自從開始經營 PanSci 之後,我才注意到美國的科學界在總統大選前都會積極地提出問題給總統候選人,要求表態回應。這次也不例外,包括民主黨的希拉蕊.柯林頓(Hillary Diane Rodham Clinton)、共和黨的唐納.川普(Donald John Trump)、綠黨的吉爾.史坦(Jill Ellen Stein)、以及自由人黨蓋瑞.強森(Gary Earl Johnson)都回應了 《美國科學人》(Scientific American )雜誌提出的 20 個科學治理問題

而雖然沒有直接替柯林頓背書,《美國科學人》卻史無前例地直接點名共和黨的川普(更新:也是總統當選人),認為他對科學毫不尊重的態度令人擔憂,基本上也等同於挺柯林頓了。除此之外,學術期刊《科學》另列出 6 門科學課,要下一任美國總統趕緊準備好,因為考驗就在眼前。其實這 6 門課也不是只是美國的問題,而是在台灣的我們也該密切注意的,這 6 門課如果要湊成六字訣,就是「疾」、「基」、「溢」、「痴」、「智」、「直」。很好背吧!在這篇我們就先來討論「疾」、「基」和「溢」!

第一堂課:疾疾,護法現身?

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圖/Pixabay

首先,「疾」指的就是「疾病」,而且是「疾速」演化的「疾病」。大家都知道,病原體病毒、細菌、真菌和寄生蟲等,無時無刻不在人、家畜、野生動物、樹木、農作物等宿主身上進行激烈的軍備競賽。壞消息是病原體的贏面比較大。這些病原體發展的速度有如猛踩油門,有時肇事逃逸無蹤、更可怕的是不時來個彎道超車,把宿主的防禦能力拋在後頭,成為我們身體裡的超級惡棍。像是大腸桿菌(Escherichia coli)可以在短短的 17 分鐘裡將自己的數量翻一番,我們開發新治療方法的速度實在看不到他們的尾燈。

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其實就像《全境擴散》這部超寫實電影中所描繪的,可以抵抗所有抗生素的超級細菌,以及從蝙蝠、禽類、豬傳來的致命流感病毒,很可能在不遠的將來引發全球大流行,殺死百萬人。細菌甚至可以通過稱為「基因水平轉移」(horizontal gene transfer)的過程來與其他細菌交易基因,加速擴散抗藥性。在美國,每年有兩百萬人感染不怕抗生素的細菌,其中約 23000 人會因此喪生。

世界衛生組織 WHO 則估計,在 2015 年,有 58 萬個病例對兩種最強大的結核病用藥產生抗藥性,而瘧疾、愛滋病毒和其他重大疾病的抗藥性增加,更會嚴重打擊目前控制疫情蔓延的手段。而近年驟然躍上檯面的新威脅,如茲卡病毒跟伊波拉病毒,也會以我們難以預測的方式突襲。最後,有時候為了開發療法,科學家也得與危險的病原體共處,甚至透過基因工程創造新種,但如果意外發生或病原體故意被釋出,也可能造成難以想像的後果。(延伸閱讀:〈科學期刊該描述科學家是如何製造致命感冒病毒嗎?〉、〈科學家公布致命禽流感病毒株研究細節〉)

疾病沒有疆界,《科學》認為美國需要做好國際合作與協調的準備。疾病監測系統、診斷跟治療的工具都需要改進,但要找到金援來做這些事很難。政策要能確保研究致命病原體能在安全的環境,也別因為太過擔心而使必要的研究停擺。下一任美國總統還需要實現 2015 年推出的國家打擊抗藥性細菌行動計劃,以遏制醫療業和農業濫用抗生素。新政府也必須提供製藥公司開發新抗生素的誘因,來取代無效的藥物。

新總統川普,這就是你的第一堂課。

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第二堂課:「基」不可失

「基」指的是「基因編輯」,也就是已經火速成為美劇主題的 C.R.I.S.P.R.基因編輯技術。這種技術可以更簡單、快速、便宜的方式來改變任何生物體的 DNA。

螢幕快照 2016-10-27 上午2.13.09
圖/Netflix 的漫威戲劇《盧克凱吉》。

CRISPR 技術除了對基礎研究是有用的工具以外,更能用來治療人類遺傳性疾病、創造產量更高的抗病蟲害農作物跟牲畜。但,就跟基因改造一樣,CRISPR 也可能引發倫理和監管問題。這項技術讓我們得以修改精子、卵子、與人類胚胎的基因,這意味著改變將傳遞給後代。而且,透過所謂的基因驅動(gene drive),CRISPR可以用於永久地改變整個物種的基因組,藉此改變其演化路徑和生態角色,甚至將其徹底終結。舉例來說,基因驅動可以幫瀕危物種提振繁殖能力,破壞雜草得以抵抗除草劑的防禦能力,或使攜帶疾病的病媒蚊滅絕

下一任美國總統要接招的就是:如同曾經高度爭議的胚胎研究,政府是否應該資助為了研究而做的人類胚胎基因編輯呢?要是有人用 CRISPR 來使嬰兒免於已知的遺傳缺陷,甚至增強這些嬰兒的特定能力,如更好的夜視能力或能夠投出更強的球的臂力,那該怎麼辦呢?美國隊長或金剛狼離我們實在不遠,下一任總統要面對的爭議還有,到底該不該用規範基改的方式來規範 CRISPR?美國農業部今年發表過意見,認為 CRISPR 技術修改過的農作物 DNA 不來自其他生物,因此不受基改作物相關規範。而像是基因驅動的相關計畫(滅絕病媒蚊之類的)又該如何管理呢?新總統川普,開始做功課吧!

第三堂課:溢、溢出來啦!!!

紐約時報今年九月針對海平面上升淹沒海岸的專題報導 http://www.nytimes.com/2016/09/04/science/flooding-of-coast-caused-by-global-warming-has-already-begun.html?_r=0
《紐約時報》今(2016)年九月針對海平面上升淹沒美國海岸的專題報導

是的,雖然並不像是地震跟颱風那麼激烈,但海平面上升淹沒海岸並不是可以輕忽之事。隨著全球暖化,海洋每年平均升高 3.2 公分,從 1993 年以來大概高了約一台 iPhone 5 這樣的高度。很多人其實不理解為何會這樣,其實原因很簡單,40% 的升高是因為海水溫度提高,遇熱膨漲,其餘則是由於融化的高山冰川、面積越來越小的格陵蘭島跟南極冰蓋。如果目前的趨勢持續下去,本世紀結束前,海水高度將上升 150 公分以上。

然而海平面上升這回事不是整整齊齊地,像往水盆裡加水一樣單純。基於不同區域的地質、洋流、以及超大冰蓋融化產生的引力改變,大海的上升其實不均勻。以美國來說,美國東海岸因為海水上升而氾濫的風險比其他地方來得高,有些地方如馬里蘭州、卡羅萊納州,就跟台灣的雲林彰化屏東一帶類似,因為抽取地下水更加劇了地面沉降。另外,大西洋洋流的減弱,也會讓海水更朝陸地晃動,最後,這些力量使得東海岸的海平面以全球平均兩倍的速度在上升,而在維吉尼亞州則是更嚇人的三倍速。這也是 2016 年 9 月《紐約時報》專題報導的主題。

這個議題,無獨有偶地,獲得了終於成為影帝的李奧納多關注,他與國家地理頻道合作推出的紀錄片:《洪水來臨前》,近期也將上映。

由於將近 40% 的美國總人口居住在海岸附近,許多基礎設施,包括公路、鐵路、港口、軍事基地、能源設施跟管線、水廠和污水處理廠都離海岸線很近,這代表美國要花上數十億美元來保護或更換這些設施。目前,在海平面上升的熱點,像是維吉尼亞的漢普頓路與佛羅里達的邁阿密海灘,鄰近的社區即使在陽光明媚的日子也會遇上潮汐洪水,讓交通堵塞,使草坪死亡,金屬器械遭腐蝕。像是濕地和海草床等有助於保護海岸線免於風暴、同時繁殖重要經濟魚類的生態系統,也都被淹沒。內陸地區也會受創,因為暴風雨帶來的影響將因此更深入內陸地區。

對下一任美國總統來說,其實溫室氣體也都排了,海平面一定會升高,所以重點是政府怎樣幫助社區準備跟調適,聯邦等級的政策制定者要避免跟州政府重複做同樣的事情,或甚至陷入誰該做啥誰不該做啥的拉鋸戰。要確認指揮體系,決定誰來決定何時社區應該防禦,何時該撤守。政府該資助什麼樣的氣候與調適研究,例如如果地方規劃者能夠透過研究更明白格陵蘭島跟南極西部冰蓋融化的情形,會對海平面上升帶來什麼影響,就能降低規劃未來的不確定性。當然,還有我們到底該如何減少溫室氣體的排放,畢竟這才是推動海平面上升的源頭。這肯定是總統要好好與全球領袖共同協商的啦~


以上就是《科學》期刊建議下一任美國總統要補的六門課中的三門,雖然我們不是美國總統,也可以問問我們自己面對這些爭議跟挑戰,會如何下判斷,做決策,當台灣自己要處理這些問題時(其實現在就該處理了),我們也才能對政治人物的做法有建設性的回應,負起公民之責。另外三門課——「痴」、「智」、「直」——同樣重要,而且同樣與我們密切相關,咱們下篇繼續聊。


  • 《科學》也用簡單的影片來總結這六堂課,直接點擊觀看!

 

原始報導:David Malakoff & Jeffrey Mervis, Science lessons for the next president, Science, 2016.10.20.

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 1498 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。

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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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「全球化已死」:從美國壓制荷蘭,看台灣在地緣棋局的下一步——《造光者》
天下雜誌出版_96
・2025/09/06 ・1420字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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ASML 向來以與全世界做生意為榮。南韓客戶來訪時,接待處的荷蘭國旗旁邊就會擺上南韓國旗。中國企業來訪,則會看到中國國旗飄揚。這反映了 ASML 對所有客戶一視同仁。只可惜,如今世界的運作已不再那麼單純了。

在數以百億計的政府補助資金挹注下,中國的晶片廠如雨後春筍般崛起。2017 年,中國客戶下單的曝光機總值高達七億歐元。幾個月後,中國晶片製造商中芯國際的執行董事梁孟松在上海簽下了他們的第一台EUV曝光機訂單。

監事會立即指出風險,直言:「各位,這恐怕會出問題,美國不會放行所有的交易。」但 ASML 的管理高層毫不在意這些顧慮。他們認為 ASML 不涉政治,而且多年來一直都有供貨給中芯國際。

結果,ASML 向荷蘭申請對中國的出口許可時,美國立即展開外交行動,試圖阻止 EUV 曝光機進入中國。川普的國安顧問莫里森表示,這不是美國在對友邦施壓:「我們都知道 EUV 技術有多重要,荷蘭政府可以自行決定這件事。」當然,最好是做出美國也認同的決定。

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從 ASML 看中美貿易戰

荷蘭人陷入這樣的困境,其實一點也不意外。美國不想和中國真的開戰,因此試圖用其他一切手段來控制中國的科技發展。晶片有如現代經濟的石油,當你順著這條價值鏈追溯時,很快就會來到荷蘭的 ASML。

在 ASML 看來,制定規則的人並不了解「這一切」是如何運作的。「這一切」是指整個晶片產業,包括所有的全球依存關係、脆弱的供應鏈和複雜的技術。這是一個靠相互信任、長期協議、自由市場機制運轉的世界。政府不能破壞這個脆弱的生態系統:最主要是因為 ASML 從中賺取豐厚的利潤(包括在中國的收益),也在荷蘭創造了許多就業機會。

ASML 認為,美國主要是靠封鎖 EUV 技術來輔助對中國的經濟戰。這項技術可用來大量生產先進半導體。這些晶片是用在手機上,不是戰鬥機。對 ASML 來說,擔心 EUV 技術被用於軍事完全是無稽之談,武器產業使用的是已經上市多年的成熟微影技術。而且武器中使用的多數晶片都是「現成」的,跟筆記型電腦、洗衣機或汽車裡的晶片一樣,在世界各地都能輕易買到。

美國對「軍事」的定義

但美國的看法不同。美國對「軍事」的定義遠超出傳統武器的範疇。他們擔心中國的 AI 崛起、中國的超級電腦在全球排名中占主導地位,以及中國當局未來可能掌握的強大網路武器。而這些全都有一個共同需求:先進晶片。

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荷蘭經濟部向來對企業採取不干預的態度,讓企業能充分利用世界貿易的優勢。身為一個新自由主義的貿易國,荷蘭乘著全球化的浪潮前進了三十幾年。ASML 就體現了這種重商精神。

ASML 長期以來一直試圖避開地緣政治的舞台。但當你的機器是用來印製現代世界的基礎架構時,你不可能永遠躲在鎂光燈外。

2020 年 1 月,外交角力終於公開化。路透社報導,美國已要求荷蘭封鎖 EUV 技術的出口,ASML 頓時成為眾所矚目的焦點。川普的貿易戰、間諜案件,以及有關華為和 5G 的爭議,全都交織在一起,掀起了一場輿論風暴,ASML 登上了各大媒體的頭版。

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天下雜誌出版_96
27 篇文章 ・ 21 位粉絲
天下雜誌出版持續製作與出版國內外好書,引進新趨勢、新做法,期盼能透過閱讀與活動實做,分享創新觀點、開拓視野、促進管理、領導、職場能力、教養教育、同時促進身心靈的美好生活。

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從一片荒蕪到綠色星球:細菌與光合作用如何重塑地球——《你的身體怎麼來的?》
商周出版_96
・2025/01/27 ・3861字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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喜出望外

海中糟粕化為盎然綠意

這個星球現在仰仗光合作用運轉。

──史緹耶可.戈盧比奇(Stjepko Golubic)

四十億年前,地球的陸塊相當單調,黑色、褐色、灰色的岩石上一片荒蕪,火山朝著無氧的大氣噴發毒素,人類乘坐時光機回到那時間點會立刻窒息。當時地球上僅有的生命形態是細菌,以及比英文句號還小得多的單細胞生物。然而若往前快轉幾十億年,來到距今僅三億五千萬年前後,會發現大氣中氧含量接近人類已經習慣了的百分之二十一,這是個很奢華的數字。

那個年代,海洋中滿是巨大生物四處洄游,植物入侵陸地並為人類的演化鋪路。地球從無法居住的荒土蛻變為藍綠色的生命樂園,這麼戲劇性的轉折是什麼力量在背後推動?

種種因素之中有一項特別醒目:直到一九六〇年代人類才開始意識到光合作用的力量不下於各種地質學事件,改造這顆星球的手段神祕且驚奇,非常難以想像。

地球從荒土到生命樂園的蛻變,歸功於光合作用的出現。圖 / unsplash

改造過程中,光合作用或許曾經引發大規模生物滅絕。科學家一度認為其威力能夠與核戰浩劫相提並論,使這顆行星被寒冰覆蓋化作巨型雪球。但同時光合作用又輔助、甚至促成「不可能」的演化捷徑,進而提高生命多樣性,最終使植物甚至人類得以存在。科學家如何研究太古時代的自然變動?而光合作用又如何將地球鬧得天翻地覆?

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疊層石背後的生命故事

十九世紀末期,有人找到能夠追溯光合作用悠久歷史的第一條線索。那時候沒有任何證據指向距今大約五億五千萬年的寒武紀之前有生命存在,然而一八八二年冬天美國大峽谷深處名叫查爾斯.沃爾科特(Charles Walcott)的岩石收藏家改變了一切,後來還當上史密森尼學會的主席。

沃爾科特的故鄉是化石天堂紐約州由提卡市(Utica)。小時候他生得瘦瘦高高,喜歡在父母的農場以及附近未來岳父擁有的採石場內找化石,十八歲離開校園之後先去五金行當店員,卻自己閱讀教科書、研究化石並撰寫論文、與著名地質學家通信來維繫心中熱情。他曾經蒐集古代海洋生物三葉蟲的化石標本,品質在全世界而言也是數一數二,後來慷慨出售給了哈佛大學。

沃爾科特的勘探技巧十分高明,也藉此就職於新成立的美國地質調查局。一八八二年十一月,地質調查局局長、同時自己也是探險家的約翰.威斯利.鮑威爾(John Wesley Powell)要求沃爾科特勘測迄今為止無法進入的大峽谷深處。

鮑威爾之前嘗試過,但只能乘坐小木舟趁漂流時稍微觀察最底層岩石,後來他就在偶爾有「刺骨寒霧、雪花飛旋」的地方紮營監督,帶人修建一條從峽谷邊緣延伸到下方三千英尺(約九百一十四公尺)處溫暖地帶的陡峭馬徑,並且讓時年三十三歲的沃爾科特帶著三名工人和足夠支撐三個月的食物、九匹上鞍的騾子沿著那條臨時小徑進入谷底。

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「高原之後就會積滿雪,」鮑威爾告訴他:「春天之前你和搬運工無法離開峽谷。希望這段時間裡,你能好好研究地層序列,盡量收集化石。祝好運!」

對沃爾科特而言,這是千載難逢的機會。他已經發現一些已知的最古老化石,例如神似甲殼類但奇形怪狀的三葉蟲。此外,達爾文發表《物種起源》不過四十年前,但因為缺乏最原始的動植物或細菌化石而遭到很多抨擊。批評者仗著沒有化石這點堅稱所有物種都是神造,懷疑論者也要求達爾文證明古代有過更單純的生物,可惜他只能委婉表示若生物體很小就不容易留下化石,希望有朝一日會出現。

充滿驚喜的山谷

沃爾科特深知達爾文的窘境。他沿著陡峭原始小徑下降到幾乎沒有生命跡象的大峽谷谷底,然後用心觀察周遭環境。山谷、懸崖,除了石頭還是石頭,但這一隅紅色天地很得他喜愛,不過同行的化石收集家、廚師和馱獸管理員就未必能夠分享那份悸動了。

他們沿著八百英尺(約兩百四十四公尺)峭壁吃力前行,其中一段就是現在的南科維山徑(NankoweapTrail),一般認為是大峽谷裡最危險的路線,河流地形坡陡水急即使沿岸也難以行走,有時候不得不自己開路以求深入。後來一頭騾子死亡、另外兩頭受傷。旅程中至少一次,沃爾科特筆中的墨水結凍了,但又必須在篝火邊融冰為水給騾子飲用。但最可怕的其實是死寂與孤獨,才三個星期就導致那位化石收集家夥伴憂鬱求去。但沃爾科特不同,能來到谷底他太興奮了,堅持了七十二天才踏上歸途。

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有一天他爬上爬下,對部分岩石中層層線條感到好奇,乍看很像切開的包心菜。這些圖案極不尋常,所以沃爾科特認定是生物,後來將其命名為藍綠菌(最初曾視為藻類)。他還聯想到自己在紐約州看過來自寒武紀時期的類似化石,取「隱含生命」的含義命名為隱藻化石(Cryptozoön)。然而大峽谷的情況有點不同,這些化石明顯可見,卻又位於更古老的岩層內,因此歷史比任何其他已發現的化石都久遠。

沃爾科特在大峽谷的古老岩層中發現了類似藍綠菌的化石,命名為隱藻化石,揭示比已知更古老的生命存在。圖 / unsplash

沃爾科特後來在蒙大拿州等地持續發現同樣古老的隱藻化石,接著其他古生物學家也在前寒武紀岩石內察覺到疑似化石的特殊圖案,種種線索指向最原始生命形式的證據可能保存在寒武紀前的石頭裡。即便如此懷疑論調不斷,尤其某個長期存在爭議的標本被證明了並非化石,而是火山石灰岩經過壓力和高溫形成獨特的礦物沉積。

隱藻化石的爭議:解鎖前寒武紀生命的證據

一九三〇年代,沃爾科特去世的四年後,劍橋大學最具影響力的古植物學家蘇厄德(Albert Charles Seward)決定加入辯論,卻在後來被古生物學家肖普夫(William Schopf)形容是「讓煮熟的鴨子飛了」。蘇厄德在史稱「隱藻化石爭議」的事件中嚴格審視前寒武紀化石證據,得出結論認為這完全是一廂情願,所謂的化石與現存物種之間沒有明顯關係,大型結構並未顯示出由較小細胞組成的特徵。

他主張沃爾科特在隱藻化石找到的環狀圖案可能是海底富含鈣質的淤泥沉積,人類本來就不該期望細菌這樣微小的生物會被保存在化石,最後又語重心長告誡科學家:有些尋找化石的人太過一頭熱,他們宣稱找到特別古老的標本時不能輕信。

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地位如此卓著的人物提出警告,導致地質學家不願再從岩石尋找距今約五億年以上的化石,畢竟找到的機率幾乎等於零。久而久之許多人認定了生命在地球上的歷史很短,這顆星球的前面四十億年、其歷史的九成之中根本沒有生命存在。微生物學家史緹耶可.戈盧比奇指出許多科學家以「前寒武紀」一詞指稱生命尚未問世的太古時期,其實這是陷入「現有工具檢測不到就代表不存在」的思考偏誤,將缺乏證據直接視為否定證據了。

時間來到二十年後的一九五〇年代中期,澳洲年輕研究生布萊恩.洛根(Brian Logan)隨地質學教授菲利普.普萊福德(Philip Playford)探索了位置偏遠的鯊魚灣,也就是澳洲西北海岸一片孤立的鹹水潟湖。站在這兒的海灘,淺藍色海水退潮時會露出如夢似幻的奇景:數百顆三英尺(約九十一公分)高的圓柱狀岩石林立,彼此間距很小,彷彿堅硬粗糙如石塊的蘑菇聚集叢生。

兩人詳細調查了這片怪異石陣,然後意識到理解沃爾科特隱藻化石的關鍵。眼前這些不僅是活化石,還能回答一個經典謎語:什麼東西既死又活?石頭表面曾經活著,是藍綠菌累積起來形成網罩般的構造。海水進出時,這層菌網會捕捉沉積物。而藍綠菌死亡後,沉積物固定在原位如海綿狀的石塔,於是又有新的細菌附著其上、形成新的一層網罩。

細菌以同樣方式在太古海洋中創造出沃爾科特的隱藻化石,現在稱為疊層石,語源是希臘文stroma(層)和lithos(岩)。目前只有鯊魚灣等少數幾個地方能找到疊層石,環境對其他多數生物過於鹹澀無法生存。但另一方面,已經化石化的古老疊層石則在世界各地皆有發現。

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澳洲地質學家偶然發現還活著的疊層石,同時美國兩位地質學家史坦利.泰勒(Stanley Tyler)和埃爾索.巴洪(Elso Barghoorn)也宣布找到了蘇厄德口中不存在的化石標本,其中微生物有單細胞也有多細胞,藍綠菌絲也包括在內,而且這些化石都有大約二十億年歷史。「許多人很震驚的,」戈盧比奇表示:「原本以為生命在寒武紀才爆發,之前什麼都沒有。寒武紀應該是起點才對。」但現在普遍接受最古老的疊層石化石上微生物活在三十五億年前,依舊是地球誕生的十億年之後。達爾文和沃爾科特應該很欣慰。

哪種細菌造出最古老的疊層石?無法確定是已經會行光合作用的藍綠菌,抑或是它們的祖先。不過藍綠菌至少二十四億年前已經存在於海洋。

——本文摘自《你的身體怎麼來的?從大霹靂到昨日晚餐,解密人體原子的故事》,2025 年 01 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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