電腦病毒首度公開亮相｜科學史上的今天：11/10

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」。

進一步了解商品：https://shop.amway.com.tw/products/2071?navigationType=brand&

在現代社會，網路已經跟電力、自來水一樣成為不可或缺的生活必需品。不過，連上網路雖然也跟打開電燈開關與水龍頭一樣方便，但網路的資料傳送方式可不像電流或水流那樣；它之所以能無遠弗屆，全賴當初就讀麻省理工學院計算機科學博士班的克連洛克（Leonard Kleinrock, 1934－ ）所提出的革命性概念。

事實上，網路遠比個人電腦還早出現。早在1950年代末期，大型電腦主機就開始透過電話線彼此傳送資料，但這種方式每次只能跟一台電腦相連，而且就占掉骨幹中的一條線路，影響整體的使用效率；這就像高速公路的車道都畫了雙黃線，而且一旦有台車開進來，這個車道就不准再有別人使用。

克連洛克於1962年的博士論文中提出封包（packet）的網路架構與數學理論。基本上就是將資料切割成一個個小小的封包，每個封包上都有目的地地址；然後用分封交換機取代傳統的電話交換機，並且將高速公路的雙黃線取消。分封交換機會根據封包上的地址與車流量，將封包打散到各個車道，封包可以中途變換車道，甚至改走另一條公路；同屬一個檔案的眾多封包就這麼殊途而同歸，抵達目的地。

分封交換機除了讓網路效率更高、可以多台電腦連線，網路還更堅固安全。因為傳統電話交換機只要作為樞紐那幾台壞掉，所有電腦就可能無法彼此連線，而分封交換機卻是分散式的，封包可以到處四竄，幾個節點損毀也無礙。因此，當國防部「先進研究計畫署」（ARPA）希望打造一個不會因為蘇聯攻擊就癱瘓的網路時，自然採用克連洛克的倡議。

也因此，這個名為ARPANET的網路最先連結的兩個點就是克連洛克任教的加州大學洛杉磯分校，與「滑鼠之父」英格巴特（Douglas C. Engelbart）所在的史丹佛研究中心。1969年10月29日晚上10點30分，在克連洛克的注視下，他的學生克萊恩（Charley Kline）慎重地按下要送出的訊息：”login”，不料只按了頭兩個字母就當機，一個小時後才又修好。因此”lo”就成為ARPANET傳送的第一個訊息。

ARPANET連結美國國內越來越多單位的電腦；1975年，經由史丹佛連結英國的網路，名符其實地成為internet；而今internet已經盤根錯節，無所不在了。ARPANET於1990功成身退，但若溯流求源，1969年的今天，應該算是internet誕生之日吧。

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

1983年的今天，賓州理海大學（Lehigh University）的電腦安全研討會上，剛從南加大拿到博士學位的柯恩（Fred Cohen, 1956－　）向台下聽眾展示手上的磁碟片。他向大家解釋裏頭有自己所寫的一段小程式，它隱藏在一支合法的Unix程式之中。接著他將磁碟片插入台上的迪吉多電腦主機VAX-11/750，五分鐘之內即取得系統的控制權。

柯恩告訴大家這種小程式叫「電腦病毒」，因為它可以感染電腦，複製自己，並且散佈到其它電腦。柯恩又做了四次試驗，證明電腦病毒可以繞過當時的各種安全機制，平均不到半小時就成功取得控制權。

這是人們第一次目睹電腦病毒的強大威力與潛在威脅，電腦病毒這個名詞也自此成為此類程式的統稱。事實上，柯恩在幾個月前的博士論文就描述了這一切，正是他的指導教授阿德曼（Leonard M. Adleman, RSA加密法的三位發明人之一）建議他使用病毒這個詞。

不過若不考慮危害性，更早之前就有自我複製並散佈到其它電腦的實例了。1971年，參與建置ARPANET（internet的前身）的BBN技術公司為了測試，由程式設計師湯瑪斯（Bob Thomas）寫了支程式，感染網路上的迪吉多PDP-10電腦，在螢幕上顯示「我是偷窺者，有本事來抓我！」（I’m the creeper, catch me if you can!）。

之後再由另一位程式設計師湯姆林森（Raymond Tomlinson）放了另一隻叫「收割者」（Reaper）的類似病毒，但它的作用是找到「偷窺者」病毒，將它刪除；因此「收割者」算是第一個解毒程式。順帶一提，正是湯姆林森制定電子郵件在網路上的傳送方式，「個人帳號@電腦主機」就是由他制定的。

以個人電腦而言，最早的病毒出現在1982年，一位15歲的高中生Rich Skrenta寫了個名叫「麋鹿複製者」（Elk Cloner）的程式，隱身在遊戲程式中，只要曾用這張磁碟片開機，病毒就會常駐在電腦的記憶體中，繼續感染之後插到這台電腦的磁碟片，因此散佈到周遭朋友的Apple II個人電腦。與「偷窺者」一樣，「麋鹿複製者」只會跑出一段打油詩，沒有其他危害。

隨著電腦數量不斷成長，電腦病毒也越來越猖獗，危險性也越來越高。而且正如柯恩當年預言的，並沒有方法可以完全阻擋病毒；在現今網路盛行的時代，更是防不勝防，或許你我的電腦中早已潛伏著電腦病毒，只是我們一直沒有察覺哪！

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

身材修長的英格巴特一路走到舞台上的電腦桌前坐下；其實桌上只有電腦顯示器、鍵盤、滑鼠與 keyset，電腦遠在五十公里外的史丹佛研究中心。顯示器亮了起來，舞台上的大銀幕同步秀出畫面，上面分割出左右兩個視窗，左側是一份空白文件，右側則是遠方同事的即時影像。

英格巴特先示範了文件的輸入、編輯與存取，然後讓遠方的同事一起參與編輯。接著他打開一份老婆交代的購物清單，先讓上面的物品自動依名稱重新排列，接著銀幕出現一張地圖，上頭已標示出購買物品的商店與路線圖。他點選了圖書館，馬上出現一份書單。之後英格巴特仔細講解整個系統架構，包括硬體、軟體與網路，以及未來建構 ARPANET（internet 前身）的計劃，全場觀眾早已為之目眩神迷，演示結束後，會場爆出如雷掌聲，久久不息。

我們現在會覺得這些演示一點也不稀奇，但這可是 1968 年，將近半世紀之前！那是用打孔紙片輸入電腦指令、電腦螢幕只能顯示單色字元、既無滑鼠更無網際網路的個人電腦史前時代，而英格巴特就展示了網路連線、圖形介面、多重視窗、視訊會議、文書處理、協同作業與超文本的整合系統。難怪當場的所有觀眾會被徹底征服，因為這根本是未來世界或是科幻小說才會有的場景啊！1968 年 12 月 9 日的這場演示也因此被稱為「所有演示之母」 (Mother of All Demos) ；賈伯斯日後膾炙人口的演示正是發端於此。

賈伯斯所受的影響不只於此。當時印表機的龍頭全錄 (Xerox) 公司深恐英格巴特的技術普及後，將造成辦公室的無紙化時代來臨，動搖本業，於是在 1970 年成立帕羅奧多研究中心 (PARC) 負責先進技術的研究。恰巧英格巴特的研究預算遭到刪減，旗下的小組成員將技術一起帶進 PARC，於是才有後來的賈伯斯前來參觀，大受震撼而將滑鼠與圖形介面引進蘋果電腦，從此改變了個人電腦的面貌。

是的，天才即是見人所不能見，而先知總是看得太遠，兼具兩者的英格巴特超越時代太多，他所展示勾勒的電腦與網路如何融入工作與生活之中，必須再過二、三十年，當技術、成本、網路等等各項條件都成熟了，才得以一一實現。但他的名字已被埋沒太久，至今英格巴特在人們的心目中仍未得到應有的地位與榮譽。如今人們會以「滑鼠之父」稱呼他，但他的影響與貢獻豈僅止於滑鼠？！正如蘋果電腦的共同創辦人沃茲尼克對他的悼念：「我們現在在電腦上所有的一切都可以追溯到他的發想。對我而言，他就是個神。」

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。

1983年的今天，賓州理海大學（Lehigh University）的電腦安全研討會上，剛從南加大拿到博士學位的柯恩（Fred Cohen, 1956－　）向台下聽眾展示手上的磁碟片。他向大家解釋裏頭有自己所寫的一段小程式，它隱藏在一支合法的Unix程式之中。接著他將磁碟片插入台上的迪吉多電腦主機VAX-11/750，五分鐘之內即取得系統的控制權。

柯恩告訴大家這種小程式叫「電腦病毒」，因為它可以感染電腦，複製自己，並且散佈到其它電腦。柯恩又做了四次試驗，證明電腦病毒可以繞過當時的各種安全機制，平均不到半小時就成功取得控制權。

這是人們第一次目睹電腦病毒的強大威力與潛在威脅，電腦病毒這個名詞也自此成為此類程式的統稱。事實上，柯恩在幾個月前的博士論文就描述了這一切，正是他的指導教授阿德曼（Leonard M. Adleman, RSA加密法的三位發明人之一）建議他使用病毒這個詞。

不過若不考慮危害性，更早之前就有自我複製並散佈到其它電腦的實例了。1971年，參與建置ARPANET（internet的前身）的BBN技術公司為了測試，由程式設計師湯瑪斯（Bob Thomas）寫了支程式，感染網路上的迪吉多PDP-10電腦，在螢幕上顯示「我是偷窺者，有本事來抓我！」（I’m the creeper, catch me if you can!）。

之後再由另一位程式設計師湯姆林森（Raymond Tomlinson）放了另一隻叫「收割者」（Reaper）的類似病毒，但它的作用是找到「偷窺者」病毒，將它刪除；因此「收割者」算是第一個解毒程式。順帶一提，正是湯姆林森制定電子郵件在網路上的傳送方式，「個人帳號@電腦主機」就是由他制定的。

以個人電腦而言，最早的病毒出現在1982年，一位15歲的高中生Rich Skrenta寫了個名叫「麋鹿複製者」（Elk Cloner）的程式，隱身在遊戲程式中，只要曾用這張磁碟片開機，病毒就會常駐在電腦的記憶體中，繼續感染之後插到這台電腦的磁碟片，因此散佈到周遭朋友的Apple II個人電腦。與「偷窺者」一樣，「麋鹿複製者」只會跑出一段打油詩，沒有其他危害。

隨著電腦數量不斷成長，電腦病毒也越來越猖獗，危險性也越來越高。而且正如柯恩當年預言的，並沒有方法可以完全阻擋病毒；在現今網路盛行的時代，更是防不勝防，或許你我的電腦中早已潛伏著電腦病毒，只是我們一直沒有察覺哪！

本文同時收錄於《科學史上的今天：歷史的瞬間，改變世界的起點》，由究竟出版社出版。