讓水能「逆流而上」的黑科技－－「拓撲流體二極管」是怎麼辦到的？

編按：說到星際文明的發展程度，科幻愛好者必定會提到「卡爾達肖夫指數」，以使用的能源多寡，來區分文明發達程度。然而，除了從能源來評斷文明進程，其實還有其他的評判方式。

「宇宙文明演化史」系列，將在上篇回顧「卡爾達肖夫指數」，下篇介紹較少討論的「資訊量」與「微觀尺度」的評斷觀點。

資訊量的掌握層級

卡爾達肖夫指數是以「能量」作為文明分級的依據。同時，薩根（Carl Sagan）也有提出不同的分類法。他將文明所擁有的「資訊含量」作為依據，將文明分出「A — Z 級」。這些資訊量的定義很廣泛，語言、文字、影像都屬於資訊量的一部分。

在薩根的分類法中，「A 級」文明能掌握 10⁶ 位元的資訊，但目前人類史上的任何一個文明所掌握的資訊量都比這個數目還多。要超越一個 A 級文明相當簡單，比如：你只需要用「二分法」試探，例如判斷這個文明「是存在還是消亡的」。探問過二十次這樣的問題後，相當於掌握了 2²⁰ 種可能性，這個數字剛好略大於 10⁶。

也就是說，這已然囊括了一個 A 級文明的所有資訊，一旦通過了這個二分法測試，就可以被判定為 B 級文明。以此類推，當人類所擁有的資訊量每增加十倍、便對應到不同的字母分級，因此，在這個分類中最為先進的是「Z 級」文明、相當於能掌握 10³¹ 位元的資訊量。

資訊量的爆炸最早可以追溯至文字發明開始，書面文字使得人類得以記載當下、乃至於過去發生的一切歷史。古希臘時代所有的書面文物加總起來大概對應於 10⁹ 位元的資訊量，相當於薩根筆下的 C 級文明。1970、80 年代，薩根從全世界所有藏書館數以千萬計的藏書總量、頁數進行統計，我們人類從歷史上至當代所擁有的文字、語言、圖像等資訊含量總計大約是 10¹⁵ 位元，因此被歸類為「0.7 H」類文明。

而資訊量的第二次大爆炸莫過於網際網路的誕生。當網路普及後，無論是科學、經濟、政治、醫療、娛樂、藝術等包羅萬象的事物，都裝載在網際網路之中。2016 年，全球網路所涵括的總資訊量大概是 1.3 ZB （zettabytes），大約相當於 10²² 位元，對應於 Q 級文明。根據國際資訊公司（IDC）預測，人類所擁有的數據庫資訊總量在 2025 年可以達到 175 ZB，相當於 10²⁴ 位元——也就是說，當前人類正在往「S 級文明」邁進。

有趣的是，薩根推測人類初次接觸到的外星文明應當是 1.5 J 到 1.8 K 類的文明，通常他們已然克服恆星際旅行的瓶頸。至於卡爾達肖夫的第 II 型文明，大約對應於 Q 類文明；而得以掌控可觀測宇宙大部分星系的 III 型文明，則可以達到 Z 類文明的水平。畢竟掌握時空旅行需要相當複雜的計算與模擬，需要遠超越當今的人類設備所擁有的一切運算能力。

然而，從目前的角度來看，顯而易見地——我們早已超越了他所預測的第 II 型文明等級。這是因為薩根在當時提出這個分類法時，尚未預測到數十年後的今天資訊量會隨著網路的出現而劇增。即使在薩根指數定義的資訊量必須是「單一而不重複的」（比如 A 網站的圖片是從B網站引用來的、同時 C 網站也使用了該圖片，我們只能將該影像視為一組位元、而非三組），但這些資訊在枝繁葉茂的網路時代已然是幾乎不可能被估算的。

因此，薩根的這個分級法在網際網路出現後便可能無法作為合適的指標，但卡爾達肖夫指數目前依然能適用；換言之，資訊量急速暴增似乎也側面反映了「能量」對於人類而言比「資訊量」更難駕馭的事實。

微觀尺度的操作層級

另一個有關文明的分級是由英國宇宙學家約翰．巴羅（John D. Barrow）所提出的，是基於人類對於「微觀尺度」的「操作程度」。他發現，科學史上人類似乎不斷朝著微小尺度的事物進行探索，從生活中隨處可見的宏觀機械裝置、顯微鏡下的分析、到分子原子尺度的研究，某種程度上，「探測尺度」似乎與文明發達程度成正比。他將文明發達程度區分為下列等級：

1. 負 I 型文明（機械文明）：
   該文明能操控與個體同等尺度的一切物件，比如採礦、建築樓房、使用機械裝置等等。
   
2. 負 II 型文明（生物工程文明）：
   該文明能操控基因序列，或者藉由移植組織、器官來改變生命體的特性。
   
3. 負 III 型文明（化學工程文明）：
   該文明能操控分子，比如透過改變分子鍵結創造新物質。
   
4. 負 IV 型文明（奈米文明）：
   該文明得以操控個別原子，實現奈米科技在原子尺度的應用，並可能透過科技創造出複雜的人造生命體。
   
5. 負 V 型文明（核子文明）：
   該文明得以操控原子核，並能自由改造組成原子核的質子、中子。
   
6. 負 VI 型文明（粒子文明）：
   該文明將能操控夸克、輕子等組成萬物的基本粒子，並且能隨心所欲聚集粒子、駕馭高能量。
   
7. 負 Ω 型文明（時空文明）：
   該文明將能操控普朗克尺度（10^-35 公尺）下的事物，比如量子泡沫（quantum foam）等微觀時空結構；他們將有能力透過負能量或者奇異物質控制、放大隨機漲落的蟲洞，從而具備實現時空旅行的能力。

顯而易見地，人類距離負 Ω 型文明依然來日方長。目前，人類能夠自由操控與我們相同尺度的機械物件，可以建築、採礦，也可以完成一些簡單的基因工程；在近一個世紀內，我們掌握了相對論、發明了人造衛星與 GPS，同時也因為量子力學的發跡，打造出各式各樣的電子產品。但我們尚未能夠自由改變分子鍵結、發明新物質的能力也是侷限的、更無法隨心所欲操控並改變原子結構，因此目前人類大概落在負 I 型文明與負 II 型文明之間。

從物理學的角度來看，「探測尺度」和卡爾達肖夫指數的「能量」其實也是可以呼應的。由於相對論告訴我們宇宙中萬物都有一個速限，也就是光速，這意味著無論是能量、溫度、尺度、甚至時間單位都有一個極限值，也就是「普朗克單位」。在歷史上各種對撞機實驗告訴我們一個事實：當對撞機的能量愈高，人類所能探測的尺度就愈小。

事實上，普朗克能量（約 1.96ｘ10^9 焦耳，相當於一輛車中 16 加侖汽油槽所提供的能量——貌似普通，然而這個值在微觀尺度下是相當大的，「焦耳」這單位在微觀世界大概相當於用「光年」換算人類尺度的距離）對應於一個普朗克質量黑洞的史瓦西半徑（約 10^(-35) 公尺，亦即普朗克尺度）；用通俗的語言來說就是：一旦對撞機能量值大於普朗克能量，相當於把對應的質量壓縮到了小於史瓦西半徑的尺度，從而產生「黑洞」——即使是微型黑洞，也意味著我們的探測將被黑洞視界所設限。

換句話說，普朗克能量相當於我們能探測普朗克尺度的所需能量；一旦超越了這個值，我們的探測將因為黑洞的產生而不再精確。因此，即使是一個無限發達的文明，普朗克長度將會成為探測尺度的最終極限，小於普朗克尺度的事物便不再具有物理意義——要注意的是，這些事實是基於目前「已知的物理理論」，假設未來文明已經掌握了結合量子場論與廣義相對論的萬有理論，這些極限值並不是沒有被推翻的可能性。

對於未來文明的展望

從最基本有機分子、形成碳基生命體、再演化成為人類這樣的智慧生命，這樣的機率可以說是趨近於零，也因為如此，才有「地球殊異假說」、甚至是「創造論」這些爭辯。我們必須剛好躲過演化史上的大滅絕事件，並且在安穩的自然環境下演化為智人。這段過程還要大概經過一、兩百萬年後，才開始有文明的誕生；而縱觀整個人類史，科學正式發跡至今其實也就只有幾百年。

把地球 46 億年的歷史濃縮在一份年曆上，人類進入舊石器時代大概對應於 12 月 31 號晚上 11 點，大概跨年前 25 秒才進入新石器時代，而從文藝復興、大航海時代、科學革命至今，在這年曆的尺度下其實根本還不到一秒鐘。這還僅僅只是地球史的尺度——如果考量到 137 億年的宇宙史尺度，科技文明的興起根本是連一瞬間都還不到的事，可見人類的科技目前還算是相當稚嫩的。

科幻作品中那些搭乘星艦、遨遊星際空間的劇情，大多數便是 II 型文明；至於可以利用曲速引擎穿越時空的，或許是 III 型文明才能實現的。對於 II 型文明而言，他們或許能夠透過「戴森球」（Dyson sphere）控制恆星能量的輸出。當一個文明的工業發達到一個程度，便能夠駕馭恆星能量，搭建一系列能源板或人造衛星，從而環繞著恆星本體、調控能量的輸出，這種大規模的人造結構便稱為「戴森球」。

要建造這類型的結構，目前所知的方法大概就是藉由太空梭或者人造衛星在行星軌道上搭建一圈能源板，並可能需要碳纖維或者更堅韌且輕便的材料。

最基本的構造大概是建構一圈「戴森環」，再來是更多戴森環組裝成的「戴森雲」，或者可以透過光壓與重力的平衡打造出更完整的「戴森泡」；如果科技更發達，則有機會建造出完整且均勻的球殼包覆著恆星以及周圍的行星，也就是「戴森殼」，這類型結構基本上可以完全駕馭母恆星的能量、並且可以將球殼內層表面改建為太空殖民地——但這以目前人類科技水平、或者資金限制等各層面而言，數百年內是不太可能實現的。

2015 年，恆星 KIC 8462852 的光變曲線一度成為天文學界的謎團，因為當時天文學家們觀測到該恆星的光譜有異常，且這一異常用傳統模型（比如周邊小行星帶、彗星雲氣等理論）是無法解釋的，因此，有一部份天文學家猜測該恆星的光度變化可能源於「人造巨型結構」；也就是說，能造成光譜像觀測結果那樣異常變化的原因，唯一合理的可能性就是「戴森球」的環繞與掩蔽。

這項研究吸引了當時不少外星愛好者的興趣，畢竟這顆恆星很可能正被高等外星文明所搭建的一系列巨大人工建築圍繞著！然而，根據 2019 至 2021 年的最新研究，發現了這顆恆星其實有一顆「伴星」在外圍，而系外衛星的殘骸大規模地遮蔽了恆星、致使光度出現異常。因此，目前並沒有證據指出戴森球這種人工結構真實存在。

綜上所述，人類文明目前還算是新生兒，也或許，宇宙中還沒有更先進的文明出現。但在躍升為第 I 型文明之前，我們恐怕會經歷各種挑戰，而有些已經發生過、有些則或許正在醞釀，例如——宗教戰爭、糧食危機、核武威脅、氣候災難等等。

從目前看來，氣候變遷便是當務之急：人類過度排放溫室氣體，溫室效應導致了海平面上升、全球暖化，間接引發了各地氣候的異常、熱浪、饑荒，並一再落入惡性循環。此外，在二戰期間人類發明並使用了核子武器，其毀滅性更是不容輕忽的。我們尚不需考慮火山、地震這些自然災害，若無法擺脫上述這些境況，人類很有可能會在蛻變為 I 型文明前便自取滅亡。

因此，在未來數十年內，除了科技的提升以外，人類的當務之急是避免氣候災害與核武戰爭的發生。而人類對於星系文明的好奇與嚮往從未間斷，誠如 1977 年發射至太空的航海家金唱片中、美國總統吉米．卡特所提及的：

「我們正邁步度過我們的年月，好讓我們得以共生於你們的時代。我們期望有朝一日，能夠共同解決彼此所面臨的難題，並且聯合組成一個星系文明共同體。」

＂We are attempting to survive our time so we may live into yours. We hope someday, having solved the problems we face, to join a community of galactic civilizations.＂

參考文獻 / 延伸閱讀

1. Kardashev, N.S. (1964). Transmission of information by extraterrestrial civilizations. articles.adsabs.harvard.edu.
2. 加來道雄，《穿梭超時空》，台北：商周出版，2013
3. 加來道雄，《平行宇宙》，台北：商周出版，2015
4. 卡爾．薩根，《宇宙・宇宙》，台北：遠流出版事業股份有限公司，2010
5. 史蒂芬．霍金，《胡桃裡的宇宙》，台北：大塊文化，2001

除了線材，市場上也到處可看到標榜使用氮化鎵、可支援大電流快充的充電頭。但為什麼之前充電速度一直快不起來呢？為什麼現在要改用氮化鎵呢？快充能變得更快更快更快嗎？

快充加速了充電速度

在快充出來以前，我們的智慧型手機充電器，功率大約是 5 瓦特（W）或是 2.5 瓦特，現在最夯的的氮化鎵快充頭功率則高達 65 瓦特，相差了 13 倍，理想上充電時間也會縮短為十三分之一。

實際上，這幾年快充的發展速度可能比想像的還要快上許多。

還記得在 21 世紀的 Nokia 3310 嗎？其功率僅 4.56 瓦特，而蘋果一直到 2014 年的 iPhone6 才支援更快的 10 瓦特快充。然而，現在不僅已經出現不少支援 50 瓦特以上快充的手機，今年二月中國手機品牌 realme 推出的 GT Neo5，甚至出現 240 瓦特的超快充技術，是目前充電最快的智慧型手機。

提升充電器功率的關鍵

從過去到現在，充電器不僅功率大幅提升，充電器的大小同時也縮小了許多。過去的線性充電器，除了有條細細長長的尾巴外，最大的特徵就是不僅大、充電時還會發熱的變壓器；為了將市電的 110V 交流電轉為手機可以使用的 5V 直流電，就需要變壓器協助降壓。

變壓器的發熱來源來自內部占了絕大部分體積的線圈，在電路學中被稱為「電感器」。輸入與輸出的線路會以線圈的形式綑在一組鐵芯上，兩端的線圈數量十分關鍵，線圈數量的比值就是兩側電壓的放大大小；若想從 110V 變成 5V，則為輸入的線圈圈數是輸出的 22 倍，那麼輸出的電壓就會減少 22 倍。

在變壓的過程中，輸入端的線圈與鐵芯就像一顆大電磁鐵，讓磁通量通過鐵芯，將能量傳到輸出線圈，輸出線圈則會因為電磁感應，產生相同頻率但電壓不同的交流電，完成降壓。只要再把 5V 交流電轉成 5V 的直流電，就可以幫手機充電啦。

聰明的你應該已經想到，提升充電功率的關鍵就在於——線圈數量。

如果希望變壓器的輸出提升，必須在維持線圈比值的情況下，等比例增加輸入與輸出端的線圈數量；更多的線圈就意味更多的磁通量能透過鐵芯傳到另一端，更多的能量也隨之傳遞。但如此一來，早已被塞滿的變壓器，為了塞進更多的線圈就只能繼續增加充電器的體積，還會因能量耗損放出大量的熱。

若想提升功率，又能減少電感器大小，最好的方法就是——增加工作頻率。

透過「高頻變壓器」的幫忙，將原先市電 60 赫茲的頻率提升到 50K 赫茲，被轉為高頻的交流電再進行變壓，如此一來就能降低能量損耗，所需的電感器大小也會大幅降低。

然而，要注意的是，要想改變交流電的頻率，是無法直接轉換的。要先將交流電轉為直流電，再經由特殊的「開關」電路將直流電轉為特定頻率的交流電；這類型的充電器就被稱為「開關充電器」，現在的智慧型手機就是使用開關充電器。

救世主材料

但隨著手機電池容量不斷增加，手機充電效率的需求永無止盡，充電器又開始一個比一個大。

不是繼續提升工作頻率就好了嗎？那是因為，我們遇到了「矽的極限」。

開關電路中將直流轉為交流的關鍵，就是我們熟知的半導體元件電晶體。裡頭的原料過去都以我們熟知的矽為主，然而以矽為材料的半導體工作頻率極限僅在 100k 以下，如果超過 100k，轉換效率會大幅下降，更有嚴重的能量浪費問題。

解決的方法就是：尋找下一個材料。沒錯，就是最近最夯半導體的——氮化鎵（GaN）；其能隙是矽的 3 倍，電子遷移率為 1.1 倍，崩潰電壓極限則有 10 倍。

顯然，氮化鎵擁有更良好的電特性，還能在高頻、高電壓的環境下工作，使用氮化鎵為材料的快充頭因此誕生！氮化鎵最高的工作頻率是 1000K，是矽的 10 倍，除了讓變壓器的電感線圈能再次縮小，連帶縮小充電頭的體積；亦能降低能耗並減少電容與散熱器的大小，成為好攜帶的快充豆腐頭。

到這裡，或許你會想問，提高充電效率應該不只有換材料一條路吧？還會有更快的充電技術出現嗎？

當然會的；和矽相比，氮化鎵仍有很大的研究性。

而且不僅手機，就以現在市面上正夯的電動車來說，也需要快充技術支援，來減少充電時所需要的時間；為應對龐大的充電市場需求，綜觀整個半導體材料的發展歷史，已經有許多材料問世。除了氮化鎵，還包括矽、鍺、三五族半導體「砷化鎵」（GaAs）、「磷化銦」（InP），以及化合物半導體「碳化矽」（SiC）；在能源產業中，又以氮化鎵和碳化矽的發展最令人期待。

氮化鎵與碳化矽的未來與挑戰

不論以技術發展還是成本考量，這兩位成員還不會那麼快取代矽的地位。

兩者應用的範圍也不完全相同。氮化鎵擁有極高的工作頻率，在高頻的表現佳，並且耐輻射、耐高溫，除了運用在充電技術內外，在高功率 5G 基地台、航空通訊、衛星通訊也都將大展身手。碳化矽則在高溫及高電壓下擁有良好的穩定性，尤其在未來電動車快充的需求增加，1000 伏特以上的充電需求，將使得僅能承受 600 伏特的矽半導體無法負荷，預期將接手電動車中的關鍵元件。

兩者看來潛力無窮，但目前在製程上仍需克服許多問題；如：材料介面的晶格缺陷及成本考量；在它們能像矽材料應用在各方領域之前，還需要投入更多研發能量。

但令人興奮的是，駛向下個半導體世代的鳴笛聲已經響起，不論是台積電、晶圓大廠環球晶，國內外各家半導體大廠，都早以搭上這班列車。不同的材料也意味著，從磊晶、製程、元件設計、晶圓製造都將迎來改變，陸續也有廠商開始使用 AI 輔助設計氮化鎵半導體元件。

未來半導體與科技產業將迎來何種轉變，就讓我們拭目以待吧！

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本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃，泛科學企劃執行。

• 2017 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十屆傑出獎得主

在辛亥路側的臺灣大學凝態科學研究中心，曾為中心主任的林麗瓊帶著我們上上下下好幾層樓，如數家珍地說明各設備的能耐，以及學生要如何經過她紮實訓練跟親自審查才能上機。「還有好多，今天沒時間看」，站在她稱為「起家本」的第一台自製反應爐旁，她說當年太貪心，加了多個 Port，增加了殘餘氣體吸附而使樣品被污染的風險。然而這台由她自己設計、自己到工廠請人開模製作的機器，在她細心調教跟利用下，創造了許多研究突破。我們請林麗瓊與這座別具意義的反應爐一起合照，她則邀請在旁的學生 Suman 一起入鏡。

來自伊朗的 Suman 她選擇來台灣學習，一方面是因為台灣是個很安全的地方，另一方面就是因為林教授是很棒的楷模。「那你會在台灣待到什麼時候？」我問，她回說「這要看我什麼時候拿到博士學位。」「那就是要看林教授囉？」「不是，是要看她自己何時取得足夠的進展。」林麗瓊笑著說這句話，也透露出她指導學生的方法：不由上而下決定主題，讓學生自由探索、從好奇心出發。

回到辦公室，林麗瓊從玻璃櫃中拿出一幅裱框的照片，裡頭是朵特別的玫瑰。「本來該長成平的、漂漂亮亮的磊晶，結果長成一朵花。」

拿著學生的「作品」，她笑說通常學生若做出這樣的磊晶應該要挨罵才對，然而學生發揮想像力，將奈米尺度的不規則形狀染上玫瑰紅，參加美國材料學會（Materials Research Society）年度的科學即藝術（Science as Art）競賽，拿到首獎，還有外國人寄信來，希望能取得圖片，用來求婚。

在林麗瓊經營帶領下，聚集多國、多領域人才的研究團隊看似和樂輕鬆，其實他們正探索一個可能改變人類未來的終極領域：光觸媒。

光觸媒的莫大潛力

如果要列出如今人類面對的最大挑戰，抑制二氧化碳排放、讓空氣中的二氧化碳量回到 350 ppm 的安全水平以下，不讓氣候危機加劇，肯定是其一。（順帶一提：2021 年 的 1 月是 413 ppm 上下。來源） 

就算逐步淘汰煤炭跟天然氣，改成再生能源發電，我們的生活依舊仰賴大量的石油化學產品，大氣跟海洋中依然有過量的 CO₂，種樹也難趕上森林被砍伐跟遭野火肆虐的速度。然而林麗瓊另闢蹊徑，從拿手的材料科學著手，正研究如何將二氧化碳還原成低碳氫比燃料，關鍵就在於高效能的光觸媒。

這當然不是林麗瓊一開始就研究的主題。她於 1989 年取得哈佛大學應用物理博士學位後，馬上被美國奇異公司研發總部材料研究中心延攬為終生聘雇研究員，也是當時該研究中心唯一的亞裔女性。那時她加入的團隊裡有物理學家、化學家、電子電機工程師等，研究的主題從飛機引擎到核能電廠五花八門，例如他們開發新型飛機引擎的材料跟設計，讓飛行速度更快、更省燃料。

1994 年回台後，她返台主持凝態中心的尖端材料實驗室。「一開始做鑽石薄膜，後來做奈米碳管、奈米線、石墨烯。」開發這些碳基的低維度奈米材料，並使其展現出新奇特性是她的拿手絕活。既然現在二氧化碳成了眾矢之的，那就換個角度，把它從廢物變寶物吧！

「如果只是要把二氧化碳轉化成低碳氫比的燃料，或是高工業價值的原物料，方式不只有光觸媒，用電催化也可以。」林麗瓊表示電催化成熟度比光催化高，發展歷史久，但是腐蝕容易造成污染，而且 CO₂ 與水的溶解度低、需要額外耗電，因此不見得是最佳選項。若採用光觸媒，只要將工廠的排氣經過導管收集，將 CO₂ 分離，進入可以接受光照的反應爐，搭配適當的材料（如金屬氧化物），就能產生光催化效應，把 CO₂ 變成甲醇、甲烷、乙醇、乙烷、乙醛等。

「關鍵步驟就是那個材料的觸媒，它的催化功能性要夠，那怎樣功能性才會夠？這就有我們做材料的人可以玩的空間。」林麗瓊表示這樣的材料須具備半導體特性，也就是其特有的「能待結構」或「能階」，能接受光子的能量而激發，同時「能隙」不能太大也不能太小。目前已經商用的材料為二氧化鈦（TiO₂），然而其吸收光需要 3.2-3.4 電子伏特（eV）的能量，也就是得用波長很短的紫外光，限制了發展。 因此她將重點放在找尋能夠吸收可見光的材料與最佳結構，提升轉化效率。「可能是1.7、1.8（eV）是最好的……就同樣一個材料，它本質可能是 1.5 eV，但位置不對，所以我們就想辦法做一些缺陷工程啊、做一些參雜、複合的結構。」

這樣的材料在吸光後會產生電子電洞對，林麗瓊生動地形容「要活活的」，才能跟二氧化碳與水起反應。意思是說這材料得身兼多職，先吸可見光、然後拆解電子電洞對，傳達到表面後，能接著活化其實很穩定的二氧化碳，再加上水氣才有可能轉化成甲醇等產物。即使是同一個氧化亞銅，他們也發現邊邊角角的活性才高，「所以就有辦法跟 CO₂ 招手，黏住又不能太黏喔！太黏 CO₂ 不跑啦！就把活性點通通給蓋住蓋死了。」

為了讓二氧化碳若即若離、欲迎還拒的戲碼能在奈米尺度上演，身為導演兼製作人的林麗瓊與團隊花了大把工夫選角（材料），如今已獲得初步的成果。

「在產量上，雖然還不是很高，但是有機會到 1% 了。假以時日，push 到 10%，應該是有機會」。她表示儘管還需要很多努力，而且後續也還有產物選擇性與分離的課題，但一關一關解，就能將二氧化碳變成原物料，邁向循環經濟「零廢物」的目標。

林麗瓊表示反應過程中的產物分析、以及反應控制的關鍵機制需要徹底釐清，才能知道到底材料的「什麼」在做出貢獻，例如是形狀、是位置、是大小、還是其他性質？她用各種技術來監測，將這過程比喻為「盲人摸象」，得一片一片摸熟了才能前進。雖然離製程成熟跟產業化還有很長的路，她發現這個領域受關注跟投入的程度在全球都大大提升，從她剛開始時一年不超過 50 篇研究，到現在每年破千篇。

從半導體、光電、能源材料、奈米薄膜到光觸媒，研究範圍廣泛的林麗瓊笑稱自己喜新厭舊又隨性，但萬變不離其宗：「我們就是玩材料的，我們玩得很開心啊！」

Welcome to the jungle 

外表溫和沈著、說話總是體貼地再三確認我們能否理解的林麗瓊，得過台灣與世界各國的獎項，也曾被選為美國材料學會董事會成員，曾任眾多知名學術期刊、專書的編輯與學術會議的主席，成就非凡。然而正如她研究的光觸媒，對於許多學生來說，她也是一位如光般賦予能量、催化著他們的觸媒。

林麗瓊坦言自己「鍛鍊很久」，努力學習理解各種關係必然遇到障礙，有時轉個彎就撥雲見日的道理。她不會給剛進門下的學生太明確、太細節的題目，而是讓他們先朝一個方向探索看看，約略三個月後再請他們提出 Proposal，她就在這段時間內觀察新學生與其他同學的互動，了解其性格，能力，再依此給出建議。

她將自己在美國奇異公司研發總部任職時學到的團隊合作方式，帶入自己的實驗室。「有的人性格像獅子、有的像兔子。但不能都一直是獅子或兔子」她順著學生的性格，鼓勵其發揮，但也鼓勵他們學習彼此的優點，懂得變換。

她說有些學生活動力很強，坐不住，沒辦法一直待在機器前；反過來有些學生開工之後，一天不去開機就覺得不舒服，連機器壞了也不肯停。但就是這樣不同的性格，獲得了意想不到的發現。雖然有時會建議學生互相合作，但她的安排也不一定成功，反而是讓資深的、主導性強的學生們發展、組隊，結果更好。她則透過每週定期的 Group meeting 發揮觸媒的作用，激發團隊成長。「我關心他們怎麼發展，可是絕對不強迫。有點黏又不會太黏。」她微笑說。

是傑出科技人，也是女人

2017 年得到第十屆「臺灣傑出女科學家獎」時的林麗瓊，已得過科技部傑出獎、教育部學術獎與國際上的諸多不分性別的榮譽，對於冠在科學家獎前的「女」字，很高興能獲得肯定，也自覺要承擔更多責任。然而在 30 年前，類似的經歷曾經困擾過她。

當她被奇異聘為終生職研究員時，她在哈佛的一位韓國同學則失之交臂，扼腕地對她說「都是因為妳是女生啦。」林麗瓊覺得自己夠認真、夠努力，當然有資格加入頂尖的企業。但反過來說，那位韓國同學也很認真、很努力，所以……是臨場表現有差別？還是真的因為她是女性而成了保障名額？

「不瞞你說，這的確是很矛盾、很複雜的一種心理。」她說：「如果只是因為我是女生，這個對我很傷啊！是不是？」後來在物理學會女性工作小組內討論這種「肯定」時，她漸漸想通，認為即使有這種可能，她也要勇敢去爭取，放下不舒服的感覺，不要覺得自己是被憐憫、被施予，而是要當第一個衝破現況者，別人才有機會跟上。

「有一些東西是非常根深蒂固的，男生女生都是這個文化的受害者。」她分享自己剛加入奇異公司的一段經歷：當時懷第二胎的她，發現好幾個月都沒有被分配到任務，也沒有被安排出差到工廠幫現場面臨的挑戰找題目。於是她鼓起勇氣去問經理，經理反而愣住，回答說就是因為知道她懷第二胎，家裡還有一個兩歲孩子，怎麼能讓她做這些又累又辛苦的事？

這樣的善意跟體貼，若說是歧視，林麗瓊認為就太重了，但結果卻幽微地害她投閒置散。於是她向經理明確表示自己先生非常支持，而且有保母能照顧小孩，承接任務沒有問題，才改變了這種不利自己發展的狀況。

「我自己覺得物理並沒有性別的問題，覺得好玩又可以發揮，學科本身不會阻擋女生。那是我們的環境嗎？還是什麼？」物理學界的女性比例「是可怕的低」，林麗瓊說大學部其實有 20-30％ 是女生，研究所也可能還能維持 10-20%，但到教職就不到 5%。她認為這個現象不能簡單歸因，需要抽絲剝繭。舉例來說，由於她與先生（陳貴賢，中研院原子與分子科學研究所研究員）密切合作，剛回國任教提交計畫書審查時，曾被問「貢獻到底在哪裡？」但同樣的問題，她先生卻不會被問。她認為審查者不見得有意打壓，而是文化養成的習慣。要讓其他人知道自己有真功夫，需要一段不短的時間，她已十年沒被這樣問了，但的確成了女生額外要處理的。

得獎後，她參與台灣萊雅與吳健雄學術基金會合辦的高中女性科學教育巡訪計畫，每年都與許多年輕學生面對面交流，座談時間常互動熱烈到讓她趕不上搭車時間。透過這個獎跟活動，能讓許多學生有個學習楷模，提出心中的問題，幫她們去除刻板印象，其實讓她備感欣慰。她甚至因此收了高中生來實驗室實習，但她強調來的高中生得要「玩」、藉實習想像未來的生活，而不是為參加科展得名而來。

對林麗瓊來說，大她四屆，同樣就讀臺大物理系的四姐是最接近的楷模，也因此她學習科學一路以來備受鼓勵而沒受阻礙。另外，曾返台演講的吳健雄則是她朝聖的偶像，曾親睹吳健雄在新竹演講風采的她說自己非常震撼。後來與自己的大哥討論該不該朝物理學邁進時，大哥對她說「吳健雄不就是物理學家嗎？為什麼不呢？」她也因此非常感激。

她給予學生的力量，也承襲自她在哈佛的指導教授 Frans Spaepen。她記得在考慮該留在哈佛做博後，還是去產業界資源豐沛的實驗室時，Spaepen 教授對林麗瓊說，若她能留下來當博後，他會很高興，但不必將哈佛當作第一或是唯一的選擇，該把握機會到外頭更大的世界看看。這番話讓她至今銘記於心，也一直將這種「不為自己設限」的理念傳達給每一位學生。

「你覺得你的興趣在哪、你的才能在哪，就走走看，不要劃地自限。刻板印象是別人的刻板印象，若連自己都有刻板印象，當然就沒救。」身為物理學界的頂尖女性科學家，林麗瓊參與、籌辦了不少推動女性加入科研領域的工作，例如與物理學會女性工作委員會籌拍《物理好丰采》影片，協助成立臺灣女科技人學會等。她說，每個人有各自的問題，但有些問題有共通性，就該以團體的名義來爭取。

例如她參與的物理學會女性工作委員會曾以團體名義向國科會提案，讓有生產事實的女性研究者在提出研究計畫時，可以將過去七年內的發表成果納入，而不是原本的五年，否則女性研究者很容易因為生兒育女放慢進度而被系統性地歧視、或是擔心可能耽誤發展而乾脆不生育。

林麗瓊認為自己沒有天花板，但她不能代表所有女性研究者，因此「如果有需要去衝破的，一起去衝破吧。」她說。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年，台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想，讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎？妳絕對可以！傑出學姊們在這裡跟妳說：YES!：https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃，泛科學企劃執行。