如何利用宇宙粒子「渺子」，找到金字塔內的神秘大空間？──《科學月刊》

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」。

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• 文／張之傑

和平號從新加坡駛往馬來西亞檳城途中，五月一日（週三）下午四時至五時十五分，在百老匯廳聽領航人河江肖剩的演講。所謂領航人，就是特聘隨船專家。

河江從新加坡上船，到埃及後下船，和平號負責來往機票，在船上期間不付薪酬，只免費供給食宿。河江是位研究金字塔的青年考古學家，曾獲選美國國家地理雜誌二○一三年傑出新人獎。

河江肖剩的演講，由 Abelon 即席英語、華語翻譯。河江以他自己的研究經歷為主，只有推論，沒有結論。演講過後有人提問：「從小就聽說金字塔是奴隸蓋的，是否如此？」河江回答：「是不是奴隸不得而知，只知它們吃得很好，有麵包和肉、魚，攝取的卡路里足夠幹活。」

吉薩金字塔群

五月十六日，和平號抵達賽得港。翌日我們搭遊覽車前往開羅，上午參觀埃及博物館，午餐在貫穿開羅市區的尼羅河河畔的船上餐廳用餐，然後到一家莎草紙畫店待了約半小時，接著前往參觀吉薩金字塔群。吉薩是開羅的一塊高地，海跋約六十公尺，是片小沙漠。

想不到吉薩金字塔群距離市區那麼近，車程約十分鐘就到了。這裡矗立著古王國時期第四王朝的三位法老——古夫、卡夫拉和孟卡拉的金字塔。金字塔參觀券每張一六○埃及磅，約折合美金十點五元。售券處就在最大的一座金字塔——古夫金字塔外面。

古夫金字塔

在金字塔區域，我們只在三處停留，每處半小時。第一處是古夫金字塔，也是我們唯一接近的一座。這是古希臘「世界七奇」唯一存留至今的建築，原本高一四六點五米（今高一三八點八米），古埃及第四王朝的第二位法老所建，迄今約四千五○○年。

古夫金字塔由方形或矩形石灰岩疊成，作階梯狀。其外原本包覆著一層白色石灰岩外殼，所以坡面原本是平整的。因地震和人為因素，外殼已經不存。堆疊金字塔的石塊大小不一，底部的石塊目測高約一百五十公分。過去在書上看過詳細的的數據，但百聞不如一見，只有緊挨著金字塔，才能感受那些石塊的體量及厚重。

三十分鐘一轉瞬就過去了，遊覽車將我們載到金字塔觀景台，這裡最適合眺望三座金字塔，以及幾座后妃小型金字塔。最大的一座當然是古夫金字塔，其次是中間那座，即古夫繼承者卡夫拉法老的金字塔，其頂端仍殘留著白色石灰岩外殼，藉此可以摹想三座金字塔的原貌。

雖然才五月，據導遊說，昨天開羅氣溫三十七度，今天可能更高。氣溫雖高，但因氣候乾燥，汗水一離開身體就揮發殆盡，所以很少流汗。其實最讓人受不了的不是熱，而是耀眼的陽光。即使戴著帽子和太陽眼鏡，仍然抵擋不住。炎陽使得手機的螢幕幾乎顯不出影像。

金字塔內部用了大量花崗岩。在古夫金字塔參觀時，就發現地上散佈著花崗岩碎石塊，有些一面有敲鑿痕跡，一面是石材的外皮。金字塔的花崗岩石材是從遙遠的下埃及運來的，很可能是將原始石材運到現場，再由石匠敲鑿整齊。如果以上推測正確，這些碎石塊的意義就非比尋常。不知有沒有學者這樣推測過？

遙觀結束，遊覽車把我們載到金字塔的後方，這才發現金字塔和市廛之間只隔著一條馬路！附近還有家百勝客披薩店呢！獅身人面像就是中間那座金字塔（卡夫拉金字塔）的守護神。

人面獅身像

據導遊說，當年修建金字塔時，基地前方有塊巨石，法老認為有礙觀瞻，下令移除。負責修造金字塔的大臣上奏，巨石實在太大，移除不了。法老的一位妃子就建議把它雕成守護陵墓的獅身人面像。

所謂巨石，可能是座小山崗。設計者或許將小山崗的中央部份雕成獅身人面像，其餘部份挖成低凹的平台，獅身人面像就坐落在平台上。金字塔門票包含獅身人面像。導遊帶領我們步下石階，進入低矮的、由花崗岩砌成的神殿。轉了幾個彎，登上石階，獅身人面像赫然就在眼前。

獅身人面像的正面及兩側設有圍欄，後方（屁股）則無圍欄。兩側和後方設有維修鷹架，但沒看到工人。維修工作似乎在風化嚴重的部位砌上磚狀石材。獅身人面像原本應該渾然一體，不會在某些地方包上石料。

獅身人面像雖不能靠近，但仍可看出由砂岩構成。獅身人面像四周，原本似乎有花崗岩巨石砌成的低矮圍牆。獅身人面像靠近停車場和市街一側，現築有磚砌圍牆，從牆外無法窺其究竟。

過去從畫冊上看到的獅身人面像，都是巋然獨立地俯臥在金字塔前，未曾看過連同周遭環境的鏡頭。如今我來了，我看到了，看出金字塔連同獅身人面像其實並沒遠離城市。可惜我們只有半小時，沒時間多做觀察。

• 文／張之傑

自從一再調整時差，本來就起得早。前往開羅參觀埃及博物館和金字塔那天（五月十七日），清晨五時十五分集合，不到四時就醒了。

賽得港距離開羅約三小時車程，遊覽車迤邐排開，總共約三十輛。我們搭乘第十三車，導遊名叫那因，暱稱李小龍，個子高瘦，出身開羅大學中文系，沒到中國留過學，可是華語說得很溜。

這路程沒人自由行，少數乘客搭乘飛機前往，費用當然高得多。我們約五時四十分開車，車隊由兩輛警車開道，每輛車上還有一名觀光警察坐鎮。車隊浩浩蕩蕩地開出賽得港，不久就上了和運河平行的高速公路，直奔埃及首都開羅。

埃及博物館見聞

這天是回教的安息日（週五），一路未曾堵車，九時以前就到達埃及博物館。導遊去買門票，約耗費約半小時才為第十三車上的人買到票。一人發兩張票：門票和攝影票。門票三百埃及磅，折合美金二十元。攝影票五十埃及磅，折合美金約三點三元。錄影的話，還要另外買錄影票，每張二十美元，我們第十三車沒人買錄影票。

我們下午要去看金字塔，所以參觀博物館的時間只有兩小時。該館採語音導覽，導遊只能走馬觀花似的重點解說。除了圖坦卡門面具廳及木乃伊廳，其餘可隨意攝影，但放在玻璃櫃子裡的展品，隔著一層玻璃，難免會有反光現象。

我曾仔細看過《世界博物館．埃及博物館》，對該館並不陌生。對我來說，最感興趣的就是不許攝影的兩個展廳：木乃伊廳和圖坦卡門法老。關於圖坦卡門法老，已陸續看過不少文獻，來到他的展廳，有種說不出的親切感。

圖坦卡門是古埃及新王國時期（紀元前十六世紀至紀元前十一世紀）第十八王朝的一位法老。他只活了十八歲，生前並沒什麼事功，他的陵墓也不大，但迄今為止只有他的陵寢未被盜過。從他陵墓中出土的文物，常送往世界各國展覽，使他成為最為人知的一位法老。

圖坦卡門的陵墓

金字塔原是法老祈求永生之所，但其陪葬品一直為盜墓賊覬覦。自新王國第十八王朝的法老圖特摩斯一世起，不再修建金字塔。新王國的時期的六十多位法老，墓室都藏在一座人稱帝王谷的小山谷裡。墓室分佈山谷兩側，依地勢開鑿，用亂石堵住洞口，外面不留痕跡。

然而帝王谷的陵墓仍然幾乎都被盜過。一九二二年，英國考古學家霍華德‧卡特（Howard Carter）發現的圖坦卡門法老陵墓，三千多年來從未被盜，出土文物五千餘件，是迄今保存最完好、出土文物最多的一座法老陵墓。

圖坦卡門法老的棺槨共七層。外槨為木質，有四層。其內有三層，分別是石棺、硬木人形棺、黃金人形棺。最內層的黃金人形棺，長一點八三米，寬零點五一米。黃金人形棺上的法老兩臂相互交疊，手裡握著權杖，線刻的守護女神羽翼環繞著金棺，工藝極為精湛。

黃金人形棺內，即圖坦卡門法老的木乃伊，為科學家留下許多線索。圖坦卡門身高約一米八，有輕微兔唇。電腦斷層掃描，發現左腿先天性扭曲，左腳骨還有柯勒病（Köhler disease），即無菌性骨壞死現象，此症好發於男孩，會引起持續性疼痛，因而身體重量通常放在右腳上，導致右腳扁平足。至於右腿，發現右膝有複雜性骨折。

從圖坦卡門法老木乃伊的骨髓抽取 DNA，檢測之下發現有包括惡性瘧疾的瘧原蟲 DNA，表示他曾感染過幾種瘧疾。對比圖坦卡門之父在內的十六具木乃伊的 DNA，顯示他是近親聯姻所生。法老家族近親結婚十分普遍，法老王認為他們是神的後代，為了保持神聖的血統，崇尚近親結婚。圖坦卡門的妻子就是他的同父異母姐姐。

圖坦卡門只活了十八歲，於是死因有種種揣測。有人說他從戰車上跌落而死，或被馬踢死，有人說他死於暗殺。二○一三年二月十七日出版的《美國醫學協會雜誌》（JAMA）給出最接近真相的答案：

圖坦卡門是一位因近親通婚所生、患有多種遺傳性疾病的少年，先天足部畸形、兔唇，所以他長得並不帥，還可能常年柱拐，甚至站立都很困難。他可能死於右腿骨折導致的感染，也可能是惡性瘧疾奪走了他的性命。