心導管手術第一人──福斯曼誕辰 │ 科學史上的今天：08/29

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。

「因為這真的太簡單了，所以我們決定多捅三次。」──2018年搞笑諾貝爾醫學教育獎獲獎論文 [1,2]

大腸鏡的不適，真的捅過才知道

想在 Facebook 上有張與眾不同的自拍嗎？想了解怎麼插入大腸鏡，才能避免不舒服嗎？那幹嘛不自己試試看呢？

一般來說，大腸鏡通常是臥姿才能操作。然而，部分患者採取臥姿較困難（如過於肥胖）；另一方面，儘管經驗豐富，醫師操作大腸鏡時，總是很難體會「到底有多不舒服？」。

於是在2006 年，日本長野縣昭和伊南総合病院的中山佳子 (Yoshiko Nakayama) 和堀內秋良 (Akira Horiuchi) 醫師，真的決定親自上陣；而他們「坐著自己來」照完大腸鏡的感想，則被刊載於知名期刊《腸胃內視鏡》(Gastrointestinal Endoscopy)。

兩位醫師使用 Olympus 生產的內視鏡，直徑約 1.03 公分 [註1]，並以下圖的方式進行「坐著自己來」的大腸鏡檢。論文詳細地敘述操作的方法：「大腸鏡的把手可由醫師的左手控制，而插入的管子可由右手把持。」

據內文所述，醫師僅僅花了 4 分鐘 [註2]，便很輕易地完成了到盲腸的完整內視鏡檢查。

論文也委婉地寫道：「根據『我們個人的』經驗，自我鏡檢真的非常簡單、容易。但不清楚是因為坐姿？這台內視鏡做得很好？還是操作者的技術不錯的緣故？」。文末甚至建議打造一張「坐姿大腸鏡」的椅子，以比較和傳統鏡檢的優劣。（以後患者自己來會打八折嗎？）

誰要先？讓專業的來！

科學家和瘋子，只有一線之隔。

自體實驗的學者，超、多、的。數百年前的牛頓 (Sir Isaac Newton)，就曾為了研究光學，拿粗針插入自己眼球裡「攪動」[4]；上個世紀初的沃納·福斯曼 (Werner Forßmann) 醫師，也曾拿著導尿管插入自己的靜脈直達心臟，還照了張史上最著名的自拍之一[5]。

他們的好奇心戰勝了恐懼，更透過自己的親身感受，讓後輩科學家們了解那些動物們說不出的苦痛、不適感。

事實上，這已經不是兩位日本醫師第一次嘗試「自己來」了。早在 2003 年，他們也嘗試了「自己來」的胃鏡，不僅委婉地敘述：「進入鼻孔時，醫師感到輕微的疼痛。當一路經過食道時，沒有噁心、窒息或嘔吐感」，還恰巧發現原來自己有十二指腸潰瘍（囧rz） [6]！

而這種「真的，捅過才知道！」的自我犧牲精神，也感染了台灣慈濟醫院的胡志棠醫師 (Chi-Tan Hu, MD)。

胡醫師在 2010 年發表了經鼻胃鏡的自體實驗 [7]，內文極具畫面感：「當我感到麻木時，我非常緩慢地將內視鏡滑進左鼻腔……」。此外，他更在文章裡認真地討論插入過程中「哪個步驟令人感到噁心？該如何改進？」以求未來的患者能更舒適地經歷胃鏡檢查。胡醫師的自體實驗的精神，令人感佩。

科學的路上有許多的醫師前仆後繼，用自己的肉身打開了科學的真理之門。感謝這些醫師，你們不只視病猶親，更是感同身受，謝謝！

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維（Yu-Wei Chang）協助

• 註 1：與之相比，現流通一元硬幣直徑 2 公分、iPhone X 厚度約 0.8 公分。
• 註 2：相較於同兩位醫師於 2004 年發表的期刊 [3]，標準大腸鏡完成的時間約 7.5 分鐘。

參考文獻

1. Winners of the Ig^® Nobel Prize. 搞笑諾貝爾官方網頁
2. Yoshiko Nakayama, Akira Horiuchi (2006) Colonoscopy in the sitting position: lessons learned from self-colonoscopy by using a small-caliber, variable-stiffness colonoscope. Gastrointestinal Endoscopy. 63, 119-120
3. Horiuchi A, Nakayama Y, Kajiyama M, Fujii H, Tanaka N. (2004) Usefulness of a small-caliber, variable-stiffness colonoscope as a backup in patients with difficult or incomplete colonoscopy. The American Journal of Gastroenterology. 99, 1936-1940
4. Alla Katsnelson (2013) The needle in Newton’s eye. Nature. 494. 175
5. Chiang Wei-Lun. “【科學簡史】納粹醫師心中的惡魔–人體試驗的黑暗史（1）” PanSci 泛科學. PanSci 泛科學, 16 January 2016. <pansci.asia/archives/90763>.
6. Yoshiko Nakayama, Akira Horiuchi (2003) Small-diameter endoscope enabled endoscopist to detect his own duodenal erosion. The American Journal of Gastroenterology. 98, 2576. DOI: 10.1111/j.1572-0241.2003.08683.x
7. Chi-Tan Hu (2010) Nasal anesthesia and body position changes: lessons learned from self-performed, transnasal EGD. Gastrointestinal Endoscopy. 71. 1277-1279. DOI: 10.1016/j.gie.2010.01.062.

1929 年一個夏天中午，德國艾伯斯華德 (Eberswalde) 小鎮一家醫院的手術室閃進兩個人影。領頭的是資深護士狄森 (Gerda Ditzen)，後面跟著年輕的實習醫生福斯曼。

狄森熟門熟路地只開啟幾盞必要的燈，接著打開櫃子拿出幾樣手術器具，消毒後放在檯子上。福斯曼邊查看器具，邊示意狄森躺到手術台上。
「不是坐著就好嗎？」狄森壓低聲量問道。
「呃……因為要打麻醉藥，還是躺著比較安全。」福斯曼趕緊編了個理由。待她躺好後，福斯曼再將她的手臂與雙腳牢牢固定在手術台上。見到她狐疑的表情，他趕緊安撫她：「安全起見。以免你下意識亂動。」

狄森微笑點頭，準備接受實驗。福斯曼鬆了一口氣；說實話，他一開始完全沒把握計謀能否成功，沒想到結果狄森竟如此支持他這項大膽的醫學實驗──從左手肘的靜脈插入導管，一路直達心臟。

福斯曼深信這是一個安全有效的方法，可以直接對心臟投藥，或是注入 X 光的顯影劑。他志願當第一隻白老鼠，但主管認為危險性太高而駁回，要他先提動物的實驗計畫。福斯曼知道如此一來勢必曠日廢時，而且就算實驗成功也不見得就能獲准用在病人身上；他想私下試驗又拿不到所需的器材，因此他才特意接近掌管手術室的狄森護士。狄森最後也相當認可他的構想，同意助他一臂之力，但前提是由她來當白老鼠。

福斯曼看著手術台上的狄森，她已幫他這麼多了，怎麼可以再讓她冒這個險呢！他感覺左臂的麻藥已生效，於是轉過身去，迅速在自己左手肘處劃開一道傷口，將一根細長的管子插入靜脈，往上推進約 30 公分。然後他走進手術台，解開狄森手腳的束縛，狄森瞄到福斯曼的左手臂，明白了怎麼一回事，不禁哭了出來，不停數落他的不是。

福斯曼請她趕快打電話給 X 光室做好準備，接著狄森陪他快步走去照 X 光。此時福斯曼的同事聞訊也趕了過來，想要幫他把導管拉出來，福斯曼好不容易才勸阻了他。X 光照片洗出來後，福斯曼估算還能再推進 30 公分，於是在導管上做好記號後，在身旁三人驚惶的目光下，繼續將導管推往心臟。就定位後，再照一次 X 光，照片清楚顯示導管末端就在右心房內。福斯曼在自己身上成功完成史上首次的心導管手術，證明了心導管的可行性。

福斯曼的主管原本大為震怒，但看了 X 光照片後還是信服了。他允許福斯曼在病人身上使用心導管，果然得到不錯的成效。然而，福斯曼發表論文後，得到的噓聲卻遠大於掌聲，原本預備前往任職的醫院也通知他已被解雇。在整個德國心臟科醫界的負評壓力下，福斯曼只好轉往泌尿科發展。

二次大戰後，法國醫生考南德 (André Cournand) 與美國的理查 (Dickinson Richards) 醫生發現福斯曼的論文，兩人共同合作發展出心導管在心臟醫療上的應用，心導管才逐漸普及；福斯曼雖已不在此領域久矣，還是欣慰當年狄森與他兩人的冒險沒有白費。1956 年，他們三人共同獲頒諾貝爾生理或醫學獎，福斯曼終於獲得應有的肯定。

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。

「以古為鏡，可以知興替。」如果能在過去、現在兩點拉出一條直線的話，未來的趨勢也有機會在我們掌握之中；當我們遇到困難時可以透過過往的經驗，幫助我們下判斷。這就是歷史的重要性！同樣的，歷史的脈絡可以幫助我們學習科學，而且還有機會發現科學家並不是我們想像中的神聖不可侵。2015 年 12 月 22 日在胖地台北，泛科學的專欄作者張瑞棋帶著《科學史上的今天》，和我們分享科學家背後鮮為人知的小故事。

「從小到大，科學家在我們心中非常偉大，無論是哥白尼的日心說，或者證明地心引力作用一樣的伽利略。這些科學家閃耀著光芒，直到越讀越多書後才發現，光芒的背後其實存在著陰影。這些科學家們的陰影來自信仰、權威以及性別。」

信仰

普遍認為哥白尼的日心說之所以不被認可，是因為宗教的打壓。然而另一種觀點是由於哥白尼認為上帝創造的宇宙應該存在著完美對稱的幾何關係，也就是軌道應該是圓形的！但這會和他觀察到的天文現象不吻合，因此與其說日心說的發表示因為教會的壓力，其實哥白尼本身的執迷才是造成學說延宕的原因。又比如提出滅絕說的居唯葉，他認為物種會因為某些災難而滅絕，另一方面在創世後仍物種繼續被創造。由於他深信聖經的創世論，甚至抨擊達爾文的演化論，導致演化論的發展備受阻礙。

權威

除了信仰外，有時候科學家利用自身權威、堅持己見，抑制別派學說，亦會影響科學的發展。你能想像西元十六世紀，醫生們拿著的解剖經典是出自於西元二世紀的蓋倫，且內容漏洞百出嗎？蓋倫是根據其動物解剖的經驗來推斷人體的內部構造，當然和人體的構造有很大的出入。但許多人不改抵抗權威，使得錯誤流傳千年。直到維薩留斯的出現，人體的結構才終於被了解。維薩留斯憑藉著大量的人體解剖經驗，推翻了多年來的理論，加上他有美術的長才，得以將知識快速的更新、傳播。

另一個為人所知的例子是牛頓及萊布尼茲。在微積分發展上，英國推崇地位較高的牛頓提出的流數，而非萊布尼茲的微積分，這導致英國的數學研究落後其他歐陸國家。最後一個權威造成的悲劇，讓許多產婦賠上了性命。十九世紀，醫生塞默維斯發現由醫院接生的產婦死亡率遠遠高出了由助產士接生的。他推測原因是醫學系的學生在解剖完大體後沒有清潔，而將細菌帶給產婦。然而其他高傲的醫生們認為：醫生怎麼可能害人呢？而摒棄了塞默維斯的想法。

性別

女性在科學界受到的打壓也不少：在代數領域有傑出成就的埃米諾特，竟因其性別而無法擔任大學教授；華生看了羅莎琳．佛蘭克林的 DNA  X 光繞射圖片，終於發現了 DNA 的雙螺旋結構，並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世，然而我們可以想像，在當時的社會氛圍下，即便她在世，女性科學家的得獎機率仍然很低；發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹，然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走；吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆，但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。

有些時候科學家對抗的不是來自外界的輿論、權威，反對的力量反而是來自科學界：牛頓打壓虎克及萊布尼茲；愛迪生堅持使用直流電系統，並利用交流電椅製造世人對交流電的恐懼，藉此反對特斯拉的交流電系統；發明氫彈的泰勒對前主管歐本海默落井下石，聲稱歐本海默對美國不忠……

我想呈現的不只是科學家的榮耀，還有其與常人無異的一面

跟著《科學史上的今天》的腳步，我們可以發現科學家或許只在智力上比一般人高超，但其品性仍和常人一樣：他們也會忌妒、也會排擠別人、也會為了得到權力耍手段。如果大家能用平等的角度認識科學家，去了解理論後的時代背景，那學科學就不再只是背公式和定理，而是和一段段生命故事相遇的奇幻旅程。