為什麼保險套這種舊避孕科技，至今還沒有被取代？—《老科技的全球史》

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

每天煩惱三餐要吃什麽、出門要怎麽穿、回家後有沒有舒適的被窩可以鑽，應該是我們大部分人的日常。然而，在社會的某些角落，「貧窮」卻可能讓人連基本生理需求都難以滿足。

要消除貧窮，免不了增加資源消耗，但全球暖化危機當前，人類又不得不展開節能減碳的行動。面對「對抗貧窮和調適氣候變遷，兩者是否相互衝突」的疑問，科學家們提出了一個直指核心的問題：我們需要多少能量，才能讓所有人過上體面的生活？

打造放諸四海皆準的人類基本福祉指標！

為了解答這個大哉問，來自國際應用系統分析研究所（IIASA）的研究者們，提出了一個新的指標——「體面生活標準」（Decent Living Standards，DLS ）。它源自於基本人權與公平正義的普世理念，定義為任何人都應享有的一系列基礎物質與社會滿足要件；不論你出身何處、對好的生活有何想法，或擁有什麽訴求。

這些基礎條件，可以分為五大面向：營養（Nutrient）、庇護所（Shelter）、健康（Health）、社會互動（Socialization）及可移動性（Mobility）。在食衣住行方面，除了三餐溫飽及空間大小充裕的住處外，DLS 更貼心地考慮生活的細緻之處，例如乾淨的衛浴、可以烹飪、保存食物的基礎家電，以及高緯度地區在冬、夏兩季不可或缺的溫控設備等等。DLS 也不止步於基本物質需求，更涵括一個健全生活的人應享有的醫療服務、義務教育，使用基本通訊和交通設施，以及進行社交聯繫和政治參與的權利。

逐項列出統一化的 DLS 各面向的要求後，研究者們會根據不同國情，例如氣候、都市化程度、文化及科技經濟結構的程度，去計算各國達成這些基準的閾值能量。除了國與國的差異，在計算上，也會納入在地的城鄉差距。

舉例來説，訂定了擁有足夠空間和熱舒適的房屋通用標準後，研究者會把它換算成各地所用的不同建材，及建設與維持各類民生服務的基礎設施（如水電廠、運輸系統等）所需耗費的能量。有了 DLS 的理想標竿值，再與每個國家目前用於實現 DLS 的能源進行比較，就可估算出填補 DLS 缺口所需的能源需求。

為什麼要以「能量」衡量生活標準？

過去，我們總是以滿足生活標準的最低收入，來制定貧窮線的水平。但 DLS 作為最低限度理想生活的基準，採用的是計算能源消耗量（energy consumption）常用的單位，即千兆焦耳（Gigajoule，GJ）或十萬億焦耳（Exajoule，EJ）。一般國家的能源消耗量，都與基礎建設有關，大部分來自化學燃料的燃燒，以及水力發電、核電、風力發電、太陽能發電等。

值得注意的是，DLS 分析結果顯示，無法過上體面生活的人，數量遠比處在貧窮線底下的人來得多！這說明：現有衡量貧富的指標，跟實際情況是脫節的。以金錢收入作為生活水平的衡量單位，是預設個人能透過消費，去換取相應的生活品質。但現實中，有一大部分的人，即使收入高於貧窮門檻，現今社會所投入建設的能源，卻未必足以讓他們過上體面的生活。

因此比起以金錢為單位，DLS 由下而上（bottom-up）去推算建設和維持基本物質需求所耗費能量的模式，也許更適合作為反映人類生活品質的指標。以消耗能量為單位的 DLS 不只有物質條件，也納入社會層面的需求，因此可以為政策制定者在思考資源規劃時，提供更直接、全面的參考。

世界並不公平，尤其在所需耗費的能量上

搭配各國戶口統計調查、世界銀行（World Bank）發展指標等數據，研究者推算出世界各國在不同面向上與 DLS 的差距。結果顯示，北半球的北美與歐洲，大部分人民都過著與 DLS 相距不遠的生活。然而，南方卻呈現截然不同的境況。

在撒哈拉以南的非洲國家，有超過 60% 的人口在居家、溫控、衛浴與飲用水設施上，都相當匱乏。部分南亞與太平洋地區也面臨類似困境，尤其缺少乾淨的保暖與烹飪設施。這與他們使用的傳統生質能源帶來的不良健康影響有關。此外，部分亞洲、中東、拉丁美洲地區，也存在不便取得飲用水和保暖設施等等的缺口。

那麽，要投入資源做新建設，弭平當今與未來人口與 DLS 之間的距離，我們還需要多少能量呢？研究者設定情境估算，在 2040 年前，我們總共需要 290 EJ 的累積能量——大概是如今全世界每年所消耗能量的四分之三！是的，當今世界平均所消耗的能量，其實早已超過滿足每個人 DLS 的額度。在提升生活標準的耗能中，有大半會是拿來打造適宜的居所，四分之一用以建設以公共交通為主的交通設施，而改善健康營養所需的能量，會比推動社會互動來得少。

如果我們能成功在 2040 年時，讓所有人都達到 DLS，那在 2050 年時達到體面生活，最終需要年均 156 EJ 的能量，其中 108 EJ 會是供南方世界所用。到時候，人類生活的耗能大抵都會用在移動、通勤上，其次是維持健康及居住品質，而投入在維持社會互動所需的能量所占比例最低。

另一個研究的重要發現是，由於各地的氣候、文化和交通管道不同，即使在同一套 DLS 下，有些地區就是會比其他地區耗費更多能量，才能達到相同的基準，這個能量差異甚至可達 4 倍！例如，高緯度國家會需要耗費更多能量，來維持相同舒適的室内溫度；同樣的通勤距離，公共交通覆蓋率高的國家不需太多能量就能完成，但在個人擁車率高的地區，就會產生更多耗能。

結論：消除貧窮與對抗氣候變遷不衝突

總體而言，DLS 的研究結果，在貧富懸殊與氣候正義議題上提供了新的視野，告訴我們：投入消除貧窮的能量，並不會對調適氣候變遷的行動產生威脅。現今人類社會所產生的能量，其實大都挹注在讓原本就充裕的生活更好，而非幫助仍在體面生活基準下的人。因此，各國如何在經濟成長與耗能規劃上取捨，找出更公正、有效率的資源重分配方式，才是關鍵解決之道。

參考資料

1. Decent living gaps and energy needs around the world
2. Decent Living Standards: Material Prerequisites for Human Wellbeing
3. Energy requirements for decent living in India, Brazil and South Africa
4. 让全球老百姓过上体面生活不会拖累气候减排目标
5. How much energy do we need to achieve a decent life for all?
6. 維基百科：貧窮門檻

• 【科科愛看書】在「由來只有新科技笑，有誰聽到舊科技哭」的氛圍下，我們似乎大多將目光放在最新科技如何改變我們的生活，卻忘了那些早已廣泛在我們生活中默默使用的老科技，但往往這些才是影響我們最深的。在《老科技的全球史》中最重要的不是科技在哪一年發生，而是接下來它如何進入我們的生活，影響我們的社會。

談到避孕科技，臉紅之餘最先想到的是口服避孕藥。之所以認為避孕藥重要，不只是因為這是個強力的避孕方法，也因為常常認為它帶來了性革命。富裕國家的性革命是貨真價實的，因此可以宣稱合成類固醇賀爾蒙的使用帶來了性革命，正是個小而平凡的科技如何引發巨大改變的驚人例子。

然而，避孕藥究竟造成什麼其實並不清楚。把避孕藥直接連結到性革命，可以輕易看出背後的預設是：沒有可以取代避孕藥的避孕方法，或是其他的方法差很多。相較之下，這些其他方法的歷史幾乎不為人知。避孕藥是大量文獻的主題，但保險套以及其他許多尋常的生育控制科技則很少成為避孕史的重點。 然而，長久以來避孕就有許多方法；就沒落的科技、逐漸消失掉的科技，乃至「舊」科技的重現而言，這些方法的歷史展現出其重要性。避孕是個絕妙的例子。

長久以來人們使用不同的方法來控制生育和避孕。二十世紀有好幾種生育控制技術，包括墮胎、結紮、體外射精、各種用橡膠做成的避孕器材以及化學避孕法。二十世紀的大多數時候，有些避孕方法在世界上許多地方是非法的，而且幾乎都隱藏在公共視線之外，很難知道實際狀況或是取得這些方法的使用指標。

保險套

最重要的避孕方法之一，似乎是保險套。保險套曾經讓人聯想到理髮店、軍營以及疾病預防；多年來它一直是種半地下產業的產品。

從 1930 年代開始，用玻璃模子沾一下乳膠溶液就有辦法大量生產保險套。它們的產量以數十億計，生產成本低廉且輕巧而容易棄置。美國在 1931 年保險套的日產量是一百四十萬個，而且快速成長，因此戰後保險套在美國廣泛使用。部隊發放保險套給士兵，二次大戰之後避孕保險套的使用無疑因此大為增加。例如，英國每年的銷售量穩定成長，從 1949 年的四千三百萬個，增加到 1960 年代晚期的一億五千萬個。 然而，大多數的性行為顯然並沒有使用保險套。

女性的避孕產品

保險套只是眾多避孕科技當中的一種。還有各種女性使用的避孕科技在半地下的市場販售──這些產品包括墮胎藥物、殺精劑、清洗劑及結紮。1930 年代這類科技在美國的銷售量跟保險套差不多。兩次世界大戰之間，在英國和美國活躍的著名生育控制運動者瑪莉．史托普（Marie Stopes）和瑪格麗特．桑格（Margaret Sanger），推廣子宮頸帽和避孕膜這類特定的女性橡膠避孕科技。它們由女人所主控，而且在許多方面要比保險套來得體面；使用它們也需要醫療介入。這些運動者的目標是將避孕方法醫療化與女性化。

瑪格麗特．桑格後來成為提倡避孕藥研究的要角，避孕藥後來是由製藥工業所生產，並且由醫師開立處方。在美國避孕藥從 1950 年代晚期就可以取得，在 1960 年就取得販售的許可。

避孕藥的出現

避孕藥獲得巨大的成功。避孕藥不只是增加了一種避孕科技而已，而且導致其他不起眼的避孕科技走入沒落。1960 年代早期，保險套在美國的銷售量大為降低，到了 1960 年代晚期，避孕藥是比保險套更加普遍的避孕方式。英國的保險套銷售從 1970 年代初期就開始下降。避孕藥要比其他的避孕方法更有效，而且在體液交融的過程中不需要使用高溫硫磺處理過的橡膠，更重要的是，避孕藥是在性行為進行之前使用；這些重要的特性不會影響到其避孕效力，但對其受歡迎的程度卻有很大的影響。同樣重要的是，避孕藥是唯一可以公開討論的避孕科技。

避孕藥使得避孕變得公開且體面。就許多方面而言，這在它登上檯面前是難以想像的，這也是避孕藥能夠轉變性關係的原因之一。避孕藥的普及和性行為之間的關聯受到爭辯：關於它和性革命的關係沒有清楚的結論；性革命的新穎之處不在於婚前性關係，而是發生性關係但根本不打算和對方結婚。和其他技術相較，避孕藥對性行為產生如何的影響並沒有受到探討。 但宣稱避孕藥是唯一能夠帶來性革命的技術方法，這是難以讓人信服的。

但避孕藥之後，其他避孕科技消失了嗎？

在性革命之後，許多早於避孕藥出現的避孕方法並未消失，這點發人省思。避孕藥之後，對於避孕方法的研究比以前更多，帶來了與避孕藥競爭的科技，包括子宮避孕器（IUD）。

保險套則是那種成長、消失、又重新出現的科技之一。在愛滋病出現之後，其銷售在 1980 年代遽增，此一現象使得保險套首度和避孕藥一樣可以被公開提及。全球保險套的產能從 1981 年的每年四十九億個，提高到 1990 年代中期的每年一百二十億個。可預期的是保險套也有科技創新。第一個符合人體解剖形態的保險套在 1969 年生產，1974 年則出現用殺精劑潤滑的保險套，之後還有更多的創新。杜蕾斯（Durex）這個保險套品牌在 2004 年慶祝七十五週年歷史，其口號是「七十五年的絕佳性」（75 years of great sex）。

本文摘自《老科技的全球史》，左岸文化出版。

瘟疫大流行的發生——抗原突變

瘟疫大流行只有當血凝素和神經氨酸突觸兩者之一，或是同時，發生重大改變時發生。當全新的基因組合代替舊基因時，新抗原的形狀會和舊抗原有相當大差異。這叫作「抗原突變」 (antigen shift) 。

再用足球員的球衣來比喻，抗原突變相當於球員把綠衣白褲換成橘衣黑褲。抗原突變發生時，免疫系統根本不能辨認新抗原。全世界極少有人具有對抗這種抗原的抗體，所以病毒可以用爆炸性的速度橫掃人類社會。

血凝素有十五種基本型，神經氨酸有九種，它們有不同的組合方式，加上一些亞型。病毒學家用這些抗原組合來區分研究中的特定病毒，例如 H1N1 病毒是一九一八年流行的病毒，現在仍存在豬隻身上。H3N2 則是今天在人類身上流行的病毒。

病毒突變是怎麼回事？基因怎麼重組？

病毒突變是當一向只感染鳥類的病毒轉而直接或間接攻擊人類時發生。自一九九七年起，H5N1 和 H7N9 兩種禽類病毒直接感染了兩千三百人，超過一千人死亡，宛如另一場類似一九一八年的大流行。

鳥類和人類的唾液酸受體不同，所以能和鳥類細胞受體結合的病毒通常不會和人類細胞結合，也就不會感染人類。香港十八個被感染的人可能是暴露在大量病毒之下，這些病毒突變群裡可能含有能與人類受體結合的突變種，而大量接觸的情況下使得變種病毒得以在人體內建立據點而發病。幸虧這些病毒並沒有演化為人類病毒，那次所有的患者都是直接被家禽傳染的。

動物病毒跳上人體之後，只要一點簡單的突變就可以轉變成人類病毒。這過程也可以間接發生，因為感冒病毒最後一個不凡的特性就是可以在物種之間適應轉移。

感冒病毒不僅突變快速，它的基因組成還是成段分開的。就是說它的基因組不像大多數有機體或其他病毒一樣沿著核酸串在一起，而是存在不連貫的 RNA 上。所以當兩種不同病毒侵入同一個細胞時，它們的基因組就很可能混合重組。

重組會讓一個病毒的基因和另一個混在一起，好比把兩種不同花色的撲克牌洗在一塊，然後出現一疊含有兩種花色的牌。這就產生一種全新的病毒，讓它有機會從一個物種跳到另一個物種上。

香港禽流感中，如果有個人同時感染兩種病毒，這兩種病毒就有機會重組它們的基因，產生能容易在人類流傳的新病毒品種，而致命的病毒就這樣變成人類病毒。

病毒也可以經由中介者間接變成適合的。有病毒學家提出，對病毒來說豬是最佳的仲介，因為豬細胞的唾液酸受體能同時與鳥類和人類的病毒結合。當鳥類病毒和人類病毒同時感染同一頭豬時，病毒重組就可能發生，全新的病毒便可能現身人間。

一九一八年時獸醫曾提到豬和其他動物發生流行性感冒；而今天的豬感冒病毒也是一九一八的感冒病毒的直系後代。但我們並不清楚人和豬之間究竟是誰先把感冒傳給誰的。

紐約西奈山醫學中心的彼得．巴利斯 (Peter Palese) 醫師是世界感冒病毒權威，認為病毒基因重組的理論^[1]可以解釋病原突變的現象：「⋯⋯另一個可能性是鳥類病毒和人類病毒同時感染肺部細胞，給了病毒升級的機會⋯⋯不管是豬肺或人肺，沒理由說這種混合不可能發生。沒有絕對證據說這兩個物種沒有共同的唾液酸受體，也不能保證鳥類的受體和人類真的不同。只要有一個胺基酸的突變，病毒就可以很容易找到另一個宿主。」

有些過去的瘟疫竟然是流行性感冒？

因為病原突變而造成的大規模瘟疫在人類交通還沒有像今天一樣繁忙之前就發生過了。大多數醫史學家從疾病傳播的速度和感染人數推斷，十五、十六世紀歷史上發生的幾次瘟疫都是流行性感冒，但還是有分歧的看法。一五一○年非洲傳來瘟疫肺炎「立刻狂掃歐洲，不放過每個家庭的每一個人。」

一五八○年又有一次疫病從亞洲傳來，到了非洲、歐洲，再到美洲。它的威力大得「六星期內折磨幾乎全歐每個國家，不到二十分之一的人得以倖免。」在西班牙有些城市「人口幾乎完全被滅絕。」

有些過去的瘟疫則無疑是流行性感冒。一六八八英國光榮革命那年，流感襲擊英國、愛爾蘭、新大陸的維吉尼亞州，這些地方記載著：「⋯⋯人們死去⋯⋯像在鼠疫中⋯⋯」五年之後，感冒又掃過歐洲：「各種狀況的人都被感染⋯⋯強健的人和衰弱的人一樣倒下⋯⋯不分老幼。」

一六九九年的麻州，科頓．馬瑟 (Cotton Mather) 寫道：「病魔幾乎侵入所有家庭，極少人逃過。在波士頓死亡特別多，而且有人死得很怪異。有些家庭全家生病，有些地方全鎮都病倒，真是個疾病的時代。」

歐洲在十八世紀至少被三次，可能多達六次瘟疫襲擊，十九世紀至少有四次。一八四七年和一八四八年這兩年倫敦死於感冒的人數超過一八三二年霍亂流行的時候。一八八九和一八九○年又一次世界性大流行，不過不如一九一八年猛烈。二十世紀有三次來襲，每次都是由抗原突變引起，不是血凝素就是神經氨酸，或是兩者同時大幅變化，或是其他基因組異動造成的緣故。

流行性感冒通常感染百分之十五到四十的人口。任何感冒病毒感染那麼多人，又造成相當比例的死亡率，的確是超乎想象的恐怖。近年來公共衛生當局發現至少兩起新病毒感染人類，而在它突變成為人類病毒之前就先作了防堵措施。一九九七年香港的禽流感在十八個病例中有六人死亡。

那次為了防止家禽病毒變成人類病毒，當局將香港所有的一百二十萬隻雞全部撲殺。不過這麼做還是沒有徹底消滅 H5N1 病毒，它仍留在家禽身上，而在二○○三年又感染兩個人，造成一人死亡。這種特殊病毒的疫苗已經研發出來，但是並沒有大量製造。

二○○三年春天當一種新的 H7N7 病毒在荷蘭、比利時、和德國的家禽農場出現時，造成更大規模的撲殺。那次病毒感染了八十三個人，其中一人死亡，並且傳染到豬隻身上。當局撲殺了將近三千萬隻家禽和一些豬。

到了二○○四年，從未真正消失的 H5N1 以復仇之姿再次回歸。它在五年內感染了全世界約四千人，並奪去其中約百分之六十的人性命。它造成、且很有可能再度造成另一場大流行。為了防堵這個病毒，估計共有上億隻家禽被撲殺，但世界各地仍出現地方性的疫情。

執行這種昂貴又恐怖屠殺的原因是為了不讓一九一八年的故事重演。這麼做是為了要防止病毒突變，荼毒人間。在此同時，二○○九年突如其來，從感染過鳥、豬及人類的病毒中基因重組的一種病毒，也造成了另一次大流行。

註解

1. 二○○一年澳大利亞科學家馬克．吉伯斯 (Mark Gibbs) 提出理論說，感冒病毒也可以自己重組基因，就是說把一段基因拿下來接到另一個基因上。好像把兩疊牌切碎，把碎牌隨便黏在一起，然後任意撿起五十二張新牌成為一套。這種重組在實驗室中曾經被證明，但大部分病毒學家還是對這種說法持疑。

• 【科科愛看書】在「由來只有新科技笑，有誰聽到舊科技哭」的氛圍下，我們似乎大多將目光放在最新科技如何改變我們的生活，卻忘了那些早已廣泛在我們生活中默默使用的老科技，但往往這些才是影響我們最深的。在《老科技的全球史》中最重要的不是科技在哪一年發生，而是接下來它如何進入我們的生活，影響我們的社會。

談到避孕科技，臉紅之餘最先想到的是口服避孕藥。之所以認為避孕藥重要，不只是因為這是個強力的避孕方法，也因為常常認為它帶來了性革命。富裕國家的性革命是貨真價實的，因此可以宣稱合成類固醇賀爾蒙的使用帶來了性革命，正是個小而平凡的科技如何引發巨大改變的驚人例子。

然而，避孕藥究竟造成什麼其實並不清楚。把避孕藥直接連結到性革命，可以輕易看出背後的預設是：沒有可以取代避孕藥的避孕方法，或是其他的方法差很多。相較之下，這些其他方法的歷史幾乎不為人知。避孕藥是大量文獻的主題，但保險套以及其他許多尋常的生育控制科技則很少成為避孕史的重點。 然而，長久以來避孕就有許多方法；就沒落的科技、逐漸消失掉的科技，乃至「舊」科技的重現而言，這些方法的歷史展現出其重要性。避孕是個絕妙的例子。

長久以來人們使用不同的方法來控制生育和避孕。二十世紀有好幾種生育控制技術，包括墮胎、結紮、體外射精、各種用橡膠做成的避孕器材以及化學避孕法。二十世紀的大多數時候，有些避孕方法在世界上許多地方是非法的，而且幾乎都隱藏在公共視線之外，很難知道實際狀況或是取得這些方法的使用指標。

保險套

最重要的避孕方法之一，似乎是保險套。保險套曾經讓人聯想到理髮店、軍營以及疾病預防；多年來它一直是種半地下產業的產品。

從 1930 年代開始，用玻璃模子沾一下乳膠溶液就有辦法大量生產保險套。它們的產量以數十億計，生產成本低廉且輕巧而容易棄置。美國在 1931 年保險套的日產量是一百四十萬個，而且快速成長，因此戰後保險套在美國廣泛使用。部隊發放保險套給士兵，二次大戰之後避孕保險套的使用無疑因此大為增加。例如，英國每年的銷售量穩定成長，從 1949 年的四千三百萬個，增加到 1960 年代晚期的一億五千萬個。 然而，大多數的性行為顯然並沒有使用保險套。

女性的避孕產品

保險套只是眾多避孕科技當中的一種。還有各種女性使用的避孕科技在半地下的市場販售──這些產品包括墮胎藥物、殺精劑、清洗劑及結紮。1930 年代這類科技在美國的銷售量跟保險套差不多。兩次世界大戰之間，在英國和美國活躍的著名生育控制運動者瑪莉．史托普（Marie Stopes）和瑪格麗特．桑格（Margaret Sanger），推廣子宮頸帽和避孕膜這類特定的女性橡膠避孕科技。它們由女人所主控，而且在許多方面要比保險套來得體面；使用它們也需要醫療介入。這些運動者的目標是將避孕方法醫療化與女性化。

瑪格麗特．桑格後來成為提倡避孕藥研究的要角，避孕藥後來是由製藥工業所生產，並且由醫師開立處方。在美國避孕藥從 1950 年代晚期就可以取得，在 1960 年就取得販售的許可。

避孕藥的出現

避孕藥獲得巨大的成功。避孕藥不只是增加了一種避孕科技而已，而且導致其他不起眼的避孕科技走入沒落。1960 年代早期，保險套在美國的銷售量大為降低，到了 1960 年代晚期，避孕藥是比保險套更加普遍的避孕方式。英國的保險套銷售從 1970 年代初期就開始下降。避孕藥要比其他的避孕方法更有效，而且在體液交融的過程中不需要使用高溫硫磺處理過的橡膠，更重要的是，避孕藥是在性行為進行之前使用；這些重要的特性不會影響到其避孕效力，但對其受歡迎的程度卻有很大的影響。同樣重要的是，避孕藥是唯一可以公開討論的避孕科技。

避孕藥使得避孕變得公開且體面。就許多方面而言，這在它登上檯面前是難以想像的，這也是避孕藥能夠轉變性關係的原因之一。避孕藥的普及和性行為之間的關聯受到爭辯：關於它和性革命的關係沒有清楚的結論；性革命的新穎之處不在於婚前性關係，而是發生性關係但根本不打算和對方結婚。和其他技術相較，避孕藥對性行為產生如何的影響並沒有受到探討。 但宣稱避孕藥是唯一能夠帶來性革命的技術方法，這是難以讓人信服的。

但避孕藥之後，其他避孕科技消失了嗎？

在性革命之後，許多早於避孕藥出現的避孕方法並未消失，這點發人省思。避孕藥之後，對於避孕方法的研究比以前更多，帶來了與避孕藥競爭的科技，包括子宮避孕器（IUD）。

保險套則是那種成長、消失、又重新出現的科技之一。在愛滋病出現之後，其銷售在 1980 年代遽增，此一現象使得保險套首度和避孕藥一樣可以被公開提及。全球保險套的產能從 1981 年的每年四十九億個，提高到 1990 年代中期的每年一百二十億個。可預期的是保險套也有科技創新。第一個符合人體解剖形態的保險套在 1969 年生產，1974 年則出現用殺精劑潤滑的保險套，之後還有更多的創新。杜蕾斯（Durex）這個保險套品牌在 2004 年慶祝七十五週年歷史，其口號是「七十五年的絕佳性」（75 years of great sex）。

本文摘自《老科技的全球史》，左岸文化出版。