提出科學「典範轉移」：孔恩誕辰 │ 科學史上的今天：07/18

本文與 威力暘電子 合作，泛科學企劃執行。

想像一下，當你每天啟動汽車時，啟動的不再只是一台車，而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機，後果會有多嚴重？方向盤可能瞬間失靈，安全氣囊無法啟動，整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情，而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天，我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟，汽車的「大腦」—電子控制單元（ECU），是如何從單一功能，暴增至上百個獨立系統？而全球頂尖的工程師們，又為何正傾盡全力，試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化？

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代，當時的汽車工程師們面臨一項重要任務：如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力？「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現，關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間：火星塞的點火時機，也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內，這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一！引擎效率就能提升整整一成！這不僅意味著車子開起來更順暢，還能直接省下一成的油耗。那麼，要如何跨過這道門檻？答案就是：「電腦」的加入！

工程師們引入了「微控制器」（Microcontroller），你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法，在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內，精準計算出最佳的點火角度，並立刻執行。

從此，引擎的性能表現大躍進，油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元（ECU）的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」（Engine Control Unit）。

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功，在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像：「這 ECU 這麼好用，其他地方是不是也能用？」於是，ECU 的應用範圍不再僅限於點火，燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車，甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而，問題來了：這麼多「小電腦」，它們之間該如何有效溝通？

為了解決這個問題，1986 年，德國的博世（Bosch）公司推出了一項劃時代的發明：控制器區域網路（CAN Bus）。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上，就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是，CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如，煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息，絕對能搶先通過，避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題，但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線，並連接各種感測器和致動器。結果就是，一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里，總重量更高達 50 到 60 公斤，等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面，大量的 ECU 與錯綜複雜的線路，也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束，簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障，無疑讓人一個頭兩個大。

汽車電子革命：從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代，汽車電子架構迎來一場大改革，「分區架構（Zonal Architecture）」搭配「中央高效能運算（HPC）」逐漸成為主流。簡單來說，這就像在車內建立「地方政府＋中央政府」的管理系統。

可以想像，整輛車被劃分為幾個大型區域，像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙，就像數個「大都會」。每個區域控制單元（ZCU）就像「市政府」，負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合，並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理，就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台（HPC）擔任，統籌負責更複雜的運算任務，例如先進駕駛輔助系統（ADAS）所需的環境感知、物體辨識，或是車載娛樂系統、導航功能，甚至是未來自動駕駛的決策，通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中， 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子，便精準地切入了這個趨勢，致力於開發整合 ECU 與區域控制器（Domain Controller）功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢，威力暘提供的解決方案，就像是將好幾個「分區管理員」的職責，甚至一部分「超級大腦」的功能，都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力，可同時支援 ADAS 與車載娛樂，還能兼容多種通訊協定，大幅簡化車內網路架構。如此一來，車廠在追求輕量化和高效率的同時，也能顧及穩定性與安全性。

萬無一失的「汽車大腦」：威力暘的四大策略

然而，「做出來」與「做好」之間，還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯？具體來說，威力暘電子憑藉以下四大策略，築起其產品的可靠性與安全性：

1. AUTOSAR ： 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層（RTE）和基礎軟體層（BSW）。就像在玩「樂高積木」，ECU 開發者能靈活組合模組，專注在核心功能開發，從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
   
2. V-Model 開發流程：這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般，左側從上而下逐步執行，右側則由下而上層層檢驗，確保每個階段的安全要求都確實落實。
   
3. 基於模型的設計 MBD（Model-Based Design）： 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具，把整個 ECU 要控制的系統(如煞車)，用數學模型搭建起來，然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前，就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷，，並驗證安全機制是否有效。
   
4. Automotive SPICE (ASPICE) ： ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」，它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性，而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」，也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化，並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作，其能否正常運作，自然被視為最優先項目。為此，威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準：ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統（特別是 ECU）的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」，從概念、設計、測試到生產和報廢，都詳細規範了每個安全要求和驗證方法，唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略，威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準，才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而，ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡，「大腦」變得更集中、更強大後，汽車產業又迎來了新一波革命：「軟體定義汽車」（Software-Defined Vehicle, SDV）。

軟體定義汽車 SDV：你的愛車也能「升級」！

未來的汽車，會越來越像你手中的智慧型手機。過去，車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」，想升級？多半只能換車。但在軟體定義汽車（SDV）時代，汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」，能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA（Over-the-Air）技術，車廠能像推送 App 更新一樣，遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過，這種美好願景也將帶來全新的挑戰：資安風險。當汽車連上網路，就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭，輕則個資外洩，重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV，業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略，確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程，到安全認證，這些努力，讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新，也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力，威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota，以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈，更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴，以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈，並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產，驗證其流程與品質。

毫無疑問，未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷，交由電腦判斷，比交由人類駕駛還要安全的那一天，離我們不遠了。而人類的角色，將從操作者轉為監督者，負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全，人類甘願當一個「最弱兵器」，其實也不錯！

醫學論文造假事件

去年醫學論文造假事件鬧到最鬧烘烘時，很多圈內的朋友也都不約而同做了很多相同的夢，內容非常真實又刺激，曲折離奇到說出夢境都絕對要發表不自殺聲明。

毫不例外的，現實當然也要比很多影視作品還更變態，狗血狂灑到編劇都嚇到吃手手，不信看看從造假後一路走來，台灣高等教育和學術圈在面對愈來愈嚴峻的國際競爭壓力下，各種明爭暗鬥、扯後腿、落井下石，真是令人眼花撩亂，難怪台灣書市的大眾小說幾乎全都變小眾了，因為讀報紙就比大眾小說精彩。

醫學論文造假事件後，除了造成有學校沒有校長，很多新同事和助理、學生要去上所謂的學術倫理課，以及信箱不時收到誠信電子報，在制度和體制上幾乎沒有任何改變。相信再來一次，同樣的戲碼又不會不再重演一遍，然後更多無辜的人要逼得寫作文，或小說。

讓科學界莘莘學子重新點燃希望

這是一個很難讓人樂觀的年代，不過在這個現實虛構顛三倒四的惡質現狀下，慶幸的是有部優異的作品橫空出世了！在紛紛擾擾的環境中，這本小說卻很瘋刺的比讀報紙才知道的事情還來得更像是真實的！

在一系列造假事件中，學術圈內異常的安靜，就連我夢中在醫院裡工作的線民，都回報說醫院內所有人上班時都完全不像聽說任何事一樣，在茶餘飯後都完全沒人想要提到這件事，一整個河蟹到可怕，據說膽敢要說八卦的話，都要作夢跑離院外好幾公里外才行，果然比台日版的《白色巨塔》（白い巨塔）還變態，還好是作夢夢到的。學術圈內的大佬也沒人敢出來批評什麼，只有個位數學者敢在媒體上大量投書。

就在那幾位膽敢大量投書媒體的人物中，最突出的就是國立宜蘭大學生物機電工程學系特聘教授 ──《科學月刊》、《科技報導》前總編輯蔡孟利老師，以專業證據、實際訪談為基礎，提出強力的質疑，是極少數的正義之聲。據說他母校已有很多師生及校友感到 ⋯⋯ 因此，台灣就平添了一位優異的小說家！

龍困淺灘，不死也傷！

科學的價值、教育的價值、大學的價值，在純粹的名利追逐下，無形中崩壞！有人還敢說在學者和官員的這些作為下，能帶給社會正面的力量，以及給予莘莘學子追求和現實夢想的勇氣嗎？！難怪人才加速流失。好棒棒，沒有關係，很可以，我們還有小說《死了一個研究生以後》。

在「死了一個研究生以後」 ……

在細胞培養室裡無預警地開了一氧化碳自殺，然後她就死掉了。讓一個宅男在十幾天中步向人生中，比做實驗追求知識更真實的探索之旅，探索學姐的死因、探索人生中的其他面向、探索愛情。科學研究，原本就是要犧牲一個人很多很多青春和精力的，可是換來的不是高尚的理念，而是成了追名逐利下被吃掉也不痛不癢的小棋子，都不知大人要怎麼教小孩了。

原本以為，《死了一個研究生以後》只是一本人物對白簡單的爆料驚悚小說，可是沒想到這卻是一本文學性頗強的小說，甚至讓人忘了真實世界中的論文造假事件，即使真實的世界的夢境中，真的死了人。

我相信，沒讀過《死了一個研究生以後》的朋友遠超過讀過的，因為讀過的朋友見面時都不約而同問對方讀過了沒，即使不是生科人，也讀得津津有味。很難想像理工宅的處女作，就交織出複雜的劇情、深厚的感情、合理的線索，讓讀者跟著一位宅男抽絲剝繭，並且在宅了很多年的象牙塔脫困後在現實世界中遭遇各種逃避過的衝撞，簡直就是本宅男的異想世界，宅得很精彩！

《死了一個研究生以後》中的命案把一自以為投身科學研究的宅男搞得七葷八素，現實中更多阿宅的故事只恐怕更杯具。《死了一個研究生以後》把一個宅男的生活和心理刻畫得入木三分，包括對正妹們的諸多性幻想。我雖然一點也不宅，但看看周遭的宅男們，也感到好親切和熟悉。

作為一部傳說中的推理小說，《死了一個研究生以後》是有些不足，就是壞人實在太善良了，果然學界大佬都還是吃素的，讓結尾對照整本小說而言顯然不夠緊張刺激。連邪惡的老闆也只能拿科學哲學大師孔恩 (Thomas S. Kuhn，1922－1996)《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 的典範論來打打嘴炮，讓我真想巴他兩下，用力打臉說他怎麼知道他的典範不會被轉移掉，造個屁假啦。然而，瑕不掩瑜，近年台灣已少有這麼優異的小說問世了！

泛科學現在推了個泛科幻獎，徵求短篇和中短篇科幻小說。我已想好兩部科幻推理小說的題目了：《死了一個大學校長以後》，以及其續集《死了一個教育部長以後》，請大家拭目以待，期待都能在夢中讀到這兩部劃時代的巨著！

最後，本人在此特地聲明：

本人樂觀開朗，身體健康，無任何使我困擾之慢性病或心理疾病，故絕不可能做出任何看似自殺之行為。

本人從無睡眠困擾，故不需服用安眠藥。

本人不酗酒亦不吸毒，也絕不會接近下列地點：
1. 開放性水域
2. 無救生員之游泳池
3. 有高壓、危險氣體，或密閉式未經抽氣處理之地下室、蓄水池、水桶等
4. 無安全護欄之任何高處
5. 任何施工地點（拆政府除外），包括製作消波塊之工地
6. 任何以上未提及但為一般人正常不會前往之地點

本人恪遵下列事項：
1. 車輛上路前會檢查煞車部件、油門線等，並會在加油前關閉車輛電源與行動電話。
2. 絕不擅搶黃燈、闖紅燈。
3. 乘坐任何軌道類交通工具一定退到警戒線後一步以上，直到車輛停妥。
4. 騎乘機車必戴安全帽；乘車必繫安全帶。
5. 絕不接近任何會放射對人體有立即危害的輻射之場所（如核電廠）或設備。
6. 颱風天不登山、不觀浪。

本人將盡可能注意電器、瓦斯、火源之使用。

本人居住之房屋均使用符合法規之電路電線，絕無電線走火之可能；也絕未在家中放置過量可燃性氣體或液體。浴室中除該有之照明外，不放置任何電器用品，並在睡覺前關閉除電燈、冰箱、電扇外之所有電器開關。

本人絕不會與隨機的不明人士起衝突，並盡可能保護自我人身安全。

所以若網友在看完此聲明之後，近期或將來發現此帳號不再上線，請幫我討回公道，謝謝。

本文原刊登於 The Sky of Gene。

大家都覺得很重要，但希格斯玻色子到底是什麼？

2012 年粒子物理學家正式宣佈發現希格斯玻色子，這件事馬上變成國際頭條，《紐約時報》寫道「希格斯玻色子的發現，代表科學的進步，能對現代文明提供最好的解決方案。」每個人都像發現大秘寶一樣興奮，不過清楚知道自己在興奮什麼的人應該不多……不信的話我們先來做個小測驗好了！

希格斯小測驗

一、在「希格斯玻色子」這個名字用來命名粒子之前，它最為人所知的是：

1. 兒童最愛的電視小丑
2. 中情局最危險的間諜代碼
3. 在「星際大戰」中，天行者路克的兒時玩伴
4. 你朋友在「龍與地下城」中的角色

二、對或錯：如果直接吞下去，希格斯玻色子比超火辣口味「奇多」更容易上癮。

三、對或錯：希格斯玻色子是希格斯和玻色這兩位理論家所預測的粒子。

看完文章後在附註中核對你的答案，看看你知道多少：）^註1

認真來說，找到希格斯玻色子是科學的一大勝利。它給了我們一個最佳展現，那就是：尋找模式是了解宇宙的良好方針。

希格斯玻色子可能存在的想法，來自於研究傳遞作用力的粒子模式，以及關於它們質量的問題，這些粒子是光子、W玻色子和 Z玻色子。物理學家問：「為什麼它們其中的光子沒有質量，但是其他粒子（W及Z）的質量非常大？」就一個我們稱為質量的標籤來說，這種有些力場粒子質量是零，但有些不是零的特殊情況，實在是太奇怪、太莫名其妙了。

希格斯和其他幾位粒子物理學家關注了這個問題一段時間，就決定這樣找出答案：把質量做出來吧。

真的，他們就是這樣做的！如果你再添加一個粒子（希格斯玻色子）和它的場（希格斯場）到方程式裡，那麼把質量視為粒子標籤（以及某些粒子為何有更多質量）的想法，就開始有了意義。

大致說來，這個理論可以如此陳述：

希格斯場可以想像成一個瀰漫整個宇宙的場。它可以做其他場不能做的事：既非吸引力也非排斥力，而是讓粒子寸步難行或是速度減緩。希格斯場能讓粒子達到與擁有慣性質量般的相同效果。

希格斯場與粒子之間的交互作用愈多，粒子看起來擁有的慣性（或是質量）就愈大。這進一步暗示，粒子與希格斯場交互作用所產生的慣性，就是粒子的質量。這就是粒子「擁有質量」的定義。

一些粒子非常強烈的感覺到希格斯場，代表它們需要很大的力量來加速或減速：這些粒子有很大的質量。其他粒子幾乎感覺不到希格斯場，所以它們只需要很小的力量來加速或減速：這些粒子幾乎沒有質量。

讓我們花點時間思考一下。希格斯場的發明，是一個典範轉移的見解，同時也是一個明顯無趣的聲明。

希格斯場是一個典範轉移， 因為它給了你對於「質量是什麼？」這個問題，一個全新的思考方式，這是不得了的成就。但是，希格斯場的論述也是沒什麼大用的，一旦你接受了粒子質量不過是神祕的量子標籤，而不是粒子的內含物。

事實上， 它沒有解決最重要的問題：「為什麼粒子有不同的質量？」 所有的理論都是把一個問題變成另一個不同的問題：「為什麼所有物質粒子對希格斯場的感覺都不一樣？」

根據希格斯理論，物質粒子的質量大小並沒有特別的理由。質量大小就好像是隨機選擇一樣，也可以有完全不同的數值。即使你改變質量，也不會打破任何理論，現有的物理定律仍然照樣運行。

希格斯理論確實解釋了為什麼作用力粒子（光子、W 和 Z）具有現有的質量，但是不能通盤解釋物質粒子為什麼具有不同質量（為什麼有些與希格斯場交互作用多，而有些卻很少）。質量大小可能有種模式，但是到目前為止，最好的宇宙理論只將物質粒子的質量列為任意數目。

重力質量

我們來到了有關質量奧祕的最後一片拼圖。

當我們之前思考如何測量某物的質量時，你很可能也想到了一個不同於發泡膠子彈玩具槍的精確方法：何不用磅秤！

磅秤能測量物體的重量，也就是測量地球對物體施加的重力拉力。這與質量密切相關，因為擁有更多的質量，受到地球的拉力愈大。在一個粒子的情況下，你也可以把重力質量看成「重力荷」。當兩個粒子有電荷時，它們彼此感覺到電力，電力與電荷成正比。以同樣的方式，當兩個粒子具有質量時，它們感受到與自身質量成比例的重力吸引力。

兩種質量是一樣的嗎？

重力質量與我們前幾頁談論的慣性質量相同嗎？可以說是，也可以說不是。

說它不是，因為我們所謂的「重力質量」，似乎決定了施加在物體上的重力，而且我們使用不同於慣性質量的技術（磅秤）來測量它^註2。

說它是，因為我們可以用兩種方式來測量質量，到目前為止，我們從未觀察到物體的重力質量和慣性質量之間的差異。

這多麼令人匪夷所思。沒有真正的直觀原因有說明，兩種質量應該一樣。它們其中一個（慣性質量）是描述如何抵抗運動，另一個（重力質量）是描述有多想被重力拉動。

以我們現在的物理學架構來看，我們不知道為何如此。我們只是假設兩種質量是一樣的，而這個等效性假設，是愛因斯坦廣義相對論的核心。廣義相對論用非常不同的方式看待重力。它不是把重力視為：作用於附著在粒子和能量背後的任意「荷」，而是把重力描繪為質量和能量周圍時空的彎曲或扭曲。

所以，愛因斯坦的理論讓兩種質量的聯繫更加自然，不過它還是沒有告訴我們「為什麼是這樣」。除了相對論之外，我們的粒子物理學理論把重力質量和慣性質量視為不同的概念，但實驗上我們看到，它們是一樣的。這非常強烈的表明，兩種質量有極深刻的聯結。

• 註1：如果你真的試圖回答任何一個問題，代表你應該有好好閱讀這一章，但還是一頭霧水，對吧？這就是作者想要表達的感覺ＸＤ
• 註2：這是牛頓的重力觀。往後，我們會學到廣義相對論的版本，在廣義相對論裡，重力不是作用力，把重力視為質量造成的時空扭曲會更加合理。

本文摘自《這世界難捉摸：霍金也想懂的95%未知宇宙》，遠見天下文化出版。