帝王企鵝表示：我不用碼錶

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

於平均水溫 7°C 的 12 月底，一名 56 歲的男子，潛入瑞士日內瓦湖。肥胖的軀體（BMI = 33 kg/m²），緊繃著潛水衣，背上扛負沉重的開放式水肺。有 6 個月潛水經驗的他，在水中悠游無阻。10 分鐘後，來到水面下 19.5 公尺。^[1]

突然，他咳嗽且呼吸困難，但嘴裡仍含著潛水用的呼吸調節器。同行的人陪他，一起遵循減壓程序：^[1]每向上一段距離，就稍作停留，再繼續移動。^[2]3 分鐘後，他們回到水面，男子立刻吐血。緊接著在船上，他心臟病發，失去意識，被及時施予包含心肺復甦術（cardiopulmonary resuscitation，簡稱 CPR）在內的基本救命術（basic life support），長達 5 分鐘。直到船隻靠岸，改由急救團隊接手，執行高級心臟救命術（advanced cardiac life support）：除了 CPR，還做氣管插管（intubation）。期間血沫從他的口咽滲出。^[1]

在持續不斷的心肺復甦術下，男子被直升機送抵附近唯一設有高壓氧氣艙（hyperbaric oxygen chamber）的日內瓦大學醫院。進入急診室時，離急救開始，已經過了 84 分鐘。他呼吸著低流量的氧氣，情況依然不見好轉。時而心臟暫停跳動；時而心室頻繁顫抖。血液中乳酸含量飆高，pH 值下降。入院 20 分鐘，也就是展開 CPR 後的第 104 分鐘，男子被宣告死亡。^[1]

死因與責任歸屬

他的死因與相關責任的歸屬，得從 3 個面向的線索來分析：

1. 醫療紀錄：咳嗽、咳血、血沫，還有愈往水面愈惡化的病況等。之前的事件描述，大致涵蓋了重要資訊。^[1]
2. 警方調查：水溫、證人筆錄、潛水紀錄，以及潛水用具的運作狀況。警方排除潛水用具異常致死的可能。^[1]
3. 驗屍報告：屍體解剖、電腦斷層掃描、病理現象分析、尋找溺水跡象，以及組織學和毒物學檢驗等。驗屍在男子死後的隔天進行。他肺泡與肺泡之間的肺間質（pulmonary interstitium），病變增厚；^[1]肺泡破裂出血，形成肺氣腫（pulmonary emphysema），且淤積液體；^{[1, 3]}部份肺臟被填滿，呈現肺實變（pulmonary consolidations）。另外，呼吸道有少量泡沫和血液；心臟肥大；而且因為肥胖的緣故，肺動脈及冠狀動脈有脂肪斑紋（fatty streaks）。不過整體而言，沒有任何溺水的跡象。^[1]

浸入性肺水腫

最後男子的死因，被判定為浸入性肺水腫（immersion pulmonary oedema）。《國際法醫期刊》（International Journal of Legal Medicine）的論文，分析此症詳細的形成機制，有下列幾種可能：^[1]

1. 人在水中的時候，水壓會促進心肺氣體交換的血液循環，也就是肺循環，以及提升心臟的血液輸出量，即心輸出量。因此而集中的血液，帶來過大的壓力，令肺部的微血管不堪負荷，血液便滲入肺泡。此時，其他因素也可能惡化病況，例如：緊繃的潛水衣、冰水收縮血管、高血壓、心臟肥大、體內水份過多、心理壓力和劇烈運動等。^[1]
2. 水壓集中血液，增加了右心室的工作量，使得左右兩個心室的輸出失衡，也造成肺部微血管壓力衰竭，終致水腫。如果病患原本還有左心室或心臟瓣膜異常，問題會更嚴重。^[1]
3. 水壓升高肺部的血壓，以及從潛水氣瓶費勁吸氣，都可能危及肺泡與肺部微血管；而呼吸不順的心理壓力、運動大量換氣，還有不當使用呼吸調節器的氣流阻力等，則加重對肺部微血管的傷害。^[1]

急救和治療

一般潛水者察覺身體不適，當下會想回到水面上。然而，在水中上升的過程裡，逐步減壓的身體，會產生下列變化：無法繼續溶於血液的氣體被釋出，氣泡於是傷害肺部微血管；胸腔裡的氣體膨脹，水腫重新分佈；肺泡內壓力下降，拉大肺泡與肺部微血管的壓力梯度。這些都會使浸入性肺水腫的症狀惡化。^[1]

儘管如此，急救的第一個動作，還是得把病患盡快送至水面。^[1]情況許可的話，才在不同的水深處暫時停留，使氣體能安全地從身體組織釋出，免於氣泡的產生。^[2]遠離水壓，脫去潛水衣，並溫暖身體，以減少血液過度向心肺集中。如果沒有生命危險，就讓病患坐下，經由面罩吸入高濃度的氧氣，然後送去有加護病房和高壓氧氣艙的醫院。^[1]

在醫院裡，無論是用侵入性或非侵入性的呼吸器，都要以正壓維持呼吸道通暢。除非併發減壓疾病，系統性的高壓氧氣治療，其實沒有必要。^[1]同時，醫師可能也會開 β2-交感神經促進劑（beta-2 agonists），這種常見的氣管擴張藥物，加速肺泡清除液體。^{[1, 4]}至於心臟的部份，硝化甘油（nitroglycerin）點滴則能放鬆血管，調節左右心室的血液流量。^{[1, 5]}

多數浸入性肺水腫的案例，不像此男子這麼嚴重，大約 2 至 3 天即可出院。不過，1 個月內，絕對不得再潛水或游泳。最好由醫師診斷，是否罹患高血壓、糖尿病、高血脂等心血管疾病，並檢查呼吸功能有無異常。未來下水時，務必選擇水溫暖和的地點，穿著合身的潛水衣，限制活動的水深與時間長度，還要避免水份過量，或吸入太多氧氣。^[1]

參考資料

1. Evain F, Louge P, Pignel R, et al. (2022) ‘Fatal diving: could it be an immersion pulmonary edema? Case report’. International Journal of Legal Medicine, 136, 713–717.
2. ‘CHAPTER 3 — Underwater Physiology and Diving Disorders’. (2016) In: U.S. Navy Diving Manual — Volume 1. U.S. (pp. 50) Naval Sea Systems Command.
3. ‘Emphysema’. (28 APR 2017) Mayo Clinic.
4. Hsu E, Bajaj T. (23 JUN 2022) ‘Beta 2 Agonists’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
5. Kim KH, Kerndt CC, Adnan G, et al. (27 SEP 2022) ‘Nitroglycerin’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.

• 盧衍良｜成功大學航太博士，朝陽科技大學飛航系主任，曾任職飛安會工程師、考選部典試委員與交通部、民航局、陸委會等委員。

不會飛的我們，總想著要飛上天際，但人體本身可不適合長時間處在高空中。第一個要面對的就是高空缺氧問題，隨著高度上升，大氣壓力也越來越低，人體的肺氧分壓也隨之降低，使我們血液中的血氧飽和度也降低，一旦降到 90％ 以下時就有缺氧風險！而在高空中遠不止缺氧這項危險，會讓你耳鳴的飛機下降過程，以及較少聽過的高空減壓病，也都有可能發生在 3 萬 5 千英呎的高空上哦。

人類的身體與生俱來就不適合飛行，但我們卻利用智慧創造科技，改變了生活中的一切，至今已經飛行了 100 多年！今天就讓我們認識一下這些始終存在，卻也容易被忽略掉的航空生理症狀。

在此之前，讀者們也必須先有個基本認知：一般生活醫學討論的，都是在「正常環境下，人體產生不正常症狀」的治療問題；然而航空醫學所要探討的，卻都是「正常人體在不正常的環境下，產生生理問題」的預防與抑制。那麼，那些因為航空而導致的「高空缺氧問題」、「氣體膨脹效應」，以及「高空減壓病」等生理問題，究竟是怎麼一回事呢？

高處的空氣比較新鮮？真相卻是氧氣很稀薄

人類飛行首先要面對的就是「壓力變化」的問題。大氣壓力 (atmospheric pressure) 會隨著飛行的海拔高度越高而越來越低，人類能夠自主呼吸的能力也就跟著越來越低，如圖一所示。現代民航客機動輒會飛到 3 萬 5 千英呎 (feet, ft) 以上的高空，為了讓旅客們感到舒適，機艙加壓早已是法規的必備要求。

但考慮到機身內外壓力差過大將會影響飛機結構安全，多數飛機在飛行中最大內外壓差約為 0.585 個大氣壓力，讓機艙內的壓力相當於海拔 8000 英呎以下，這樣的環境便可以讓旅客處於正常自主呼吸的狀態。近年新出廠的飛機，雖然可以讓機艙壓力高度 (cabin pressure altitude) 更接近能讓人體感到舒適的環境，但仍然無法達到相當於地表的壓力。

而高空飛行環境除了低壓以外，機外的零下溫度環境與較少的高空水分，即使機艙內部經過調溫控制，其溫度通常也會偏低，且空氣會變得十分乾燥，這些都是飛機爬升到高空所伴隨而來的環境條件。

如下表所示，隨著海拔高度越高，大氣壓力越低，人體的肺氧分壓也會跟著降低，連帶的也讓血液中的血氧飽和度降低。血氧飽和度是反映呼吸循環功能的重要生理參數，是一種衡量人體血液攜帶氧氣能力的指標，當血氧飽和度低於 90％ 以下時，人體就會有缺氧 (hypoxia) 的風險。

高空缺氧危害並沒有一定的症狀或過程，每位個案都會有所不同，不過在臨床上，高空缺氧的初期症狀會讓人產生如微醺般的欣慰感，由於心智反應變慢，因此會失去警覺功能，手腳動作也會不協調。在行為表現上，則會變得無精打采、對周遭警覺減弱、行動遲緩，甚至昏沉欲睡，沉浸在一種具有莫名安全感的狀態中。

如果在發現缺氧症狀產生的初期無法及時挽救，隨著缺氧時間持續，人體會逐漸出現更加嚴重的症狀，包括暈眩、頭痛、心跳加速、口唇或皮膚發紫等，此時患者視野會逐漸縮小，並且有一股興奮溫暖的感覺，心理上也會產生主觀自信感。若在此時缺氧狀況仍未改善，那麼接踵而來的就會是動作不協調、心智行為改變、判斷力變差，最後導致意識喪失，進而死亡。

缺氧危害的速度和發生高度有直接關係，醫學上用「有效意識時間」(time of useful consciousness, TUC) 來衡量。

如下表所示，一般噴射客機的巡航高度都在 3 萬多英呎的高空，從下表數據可知，當客艙顯著失壓使得機艙內的壓力高度相當於在 3 萬多英呎後，人體能夠應變的有效意識時間已經所剩不多。2005 年 8 月 14 日，太陽神航空 (Helios Airways) 的 522 號航班便是因為操作疏失，機艙未加壓而持續爬升高度，進而導致旅客與機組員，產生缺氧症狀而全數罹難的典型缺氧案例。

搭飛機時最討厭耳鳴了——氣體膨脹效應

飛機飛得越高，所處的外在環境除了大氣壓力降低外，其實空氣密度也會變小，使得空氣體積變大。存在於人體內的氣體膨脹後，對於人體耳朵、頭顱腔室與內臟器官都會產生影響，造成不適。如果你在搭機過程中脫了鞋子，在你下機時也會發現自己的雙腳都膨脹變大了！

人體耳朵可以說是最直接敏銳，能感應到外在環境壓力改變與氣體膨脹的器官。

當飛機離地爬升時，由於外在壓力逐漸降低，在耳朵內部壓力不變的情況下，耳膜便會因為內外壓力不同而向外鼓起。此時，連接咽喉和中耳的耳咽管（eustachian tube）也會開啟以釋放內部壓力，讓耳膜內外重新達到壓力平衡。通常在飛機爬升過程的壓力變化較不會產生持續性的耳朵不適，大多數的不適都是在下降階段發生。

由於耳咽管在醫學上有一個綽號叫「one way tube」，顧名思義就是一條單行通道的意思，為了避免中耳發生細菌感染，耳咽管只允許中耳壓力釋放，不會主動開啟讓外在空氣進入中耳。當飛機開始下降時，外在環境壓力漸漸上升，但耳朵內的壓力維持不變，這時耳膜便會開始向內鼓起，產生耳鳴等不適症狀。

由於耳咽管不會主動開啟，因此我們必須藉由某些強制手段讓它運動，例如嚼口香糖、吞嚥口水、喝水或打哈欠等動作，這些動作的共通點就是會讓耳咽管周邊的肌肉運動，讓耳咽管開啟以平衡壓力。

比較有意思的是，嬰兒在下降階段因為不知道怎麼減緩耳朵的不適感，因此在疼痛感作用下，哭泣是最好的改善之道！當嬰兒放聲大哭時，嘴巴打開剛好可以讓耳咽管附近的肌肉運動，達到平衡壓力的效果，還不懂事的嬰兒因為不適感降低，本能地就會哭得更大聲，好讓後續的不適感消除。他們並不知道大哭會影響其他旅客安寧，只知道大哭可以讓耳朵舒服一點。

有時候，我們因為感冒產生的輕微發炎，使得耳鳴的感覺無法消除，此時，也可以藉由閉嘴捏鼻吐氣的強制手段，改善耳朵的不適感，這種方式在醫學上稱為持續閉氣用力動作（valsalva maneuver，又稱伐氏操作），如果做了這個強制動作還無法改善耳鳴問題，那麼便有可能是發炎問題嚴重，一定要借助醫生的診斷處方做必要治療了。

除了耳朵不適感外，由於飲食中難免會吃進許多氣體，再加上食物的消化過程也會產生氣體，這些氣體在腸道中存在，在爬升階段也會讓搭機旅客感到不適，最常見的就是有股想放屁的強烈感覺，當然也有些人會產生便意，甚至是急需到洗手間解便的不適感。為了避免在飛行爬升階段產生這些不適症狀，建議平時能有良好的排便習慣，以免腸道內有過多宿便存在。此外，搭機前盡量不要食用大量餐點，也最好減少食用容易產生氣體的食物，例如豆類或汽水與可樂類蘇打飲料，而嚼食口香糖除了吞嚥口水外，也會吞進不少空氣，此行為也建議避免。

潛水完先別急著搭飛機——高空減壓病

高空減壓病也稱為氣栓症，通常沒有一定症狀，較容易被忽略病因。

在正式介紹這個疾病之前，讓我們先回想一下開汽水的過程：當環境壓力越大，氣體溶解在液體中的數量就越多，溶解度越高，而當瓶蓋被旋開的那一刻，因為瓶內壓力急速降低，你會發現原本溶解在汽水中的氣體大量釋出形成氣泡，而高空減壓病的根源，就像是這些冒出來的氣泡一樣，這些氣泡將對人體造成危害！

人類呼吸過程，除了吸取氧氣並排出二氧化碳外，佔空氣比例 4／5 的氮氣也會隨著呼吸過程在人體內循環。當飛機離地爬升，隨著環境氣壓急速降低，原本已溶解於體內的氮氣，因溶解度遽降而生成大量的氣態氮氣在人體內。當溢出的氮氣量遠超過肺臟的排出量時，氮氣就會形成氣泡在血液中循環，產生各種不同類型的臨床症狀，在醫學上稱為減壓症，由於這類症狀易發生於高空環境，因此被稱為「高空減壓病」。

高空減壓病的臨床症狀非常多元，因壓力遽降而釋出的氣泡，將隨著血液流竄到體內四周，如果在關節附近或是深部肌肉組織聚集停滯，就會產生屈痛或是鈍痛。此外，也可能產生氣哽，導致胸口灼熱、刺痛、乾咳和呼吸困難；神經上的症狀則有視覺障礙、頭痛與肢體癱瘓等；而在皮膚上則有可能產生紅疹塊、刺痛、癢及水腫等。

當你出國旅遊從事水肺潛水 (scuba diving) 運動後再搭機時，由於潛水活動是在高壓環境下呼吸空氣，故大量氮氣會溶解於身體內各組織，也是常見高空減壓病的形成原因。若是潛水潛得越深越久，氮氣的溶解量就會越多速率也越快；而潛水完後，細微氣泡就會形成在體內組織，如果你潛水完後立刻搭機飛行，被保存在體內的氣泡便會膨脹進而阻塞血管、壓迫神經或引發血液病變，發生高空減壓病。臨床上，潛水後的建議飛行最低高度約為 5000 英呎，以避免出現高空減壓病的症狀；然而一般民航客機的加壓系統，通常會讓機艙內壓力相當於海拔 8000 英呎，因此無法抑制此類症狀發生，因此建議潛水後，至少 24 小時內應避免搭機飛行。

身體卯足全力對抗環境！達成你想飛上天的夢想

一般民眾較常知道的是搭機過程會讓味覺與嗅覺變差，所以飛機餐會變得不那麼美味。相較起來，高空缺氧、氣體膨脹效應，以及高空減壓病就較容易被忽略，期望讀者們閱讀完本文後，可以對自己的身體有更多認識，讓搭機旅遊變得更加美好。

• 〈本文選自《科學月刊》2021 年 2 月號〉
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