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巴哈花精真的有效嗎?回顧十篇研究,告訴你事情的真相!

PanSci_96
・2019/11/11 ・4624字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

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  • 作者 / 海苔熊廖英凱
  • ※ 利益申報:本文沒有獲得任何花精廠商贊助

我(海苔熊)出版第一本書的時候,出版社也同時在幫另一位作者規劃關於花精的書;那時候我還不確定這是什麼東西。養貓之後,我的其中一隻貓咪Q寶四處亂尿尿,花精師便開了一瓶給牠吃吃看,看能不能改善情緒;結果發現沒有任何幫助。

圖/pixabay

重新再認識花精是因為新節目訪談時遇到了其中一位作者倪采青,除了小說家的身份外,同時對於花精也很有研究;她推薦我一款可以有幫助與放鬆(尤其是對於完美主義、自我要求很高的人有用的花精)——馬鞭草。我最近經常覺得焦慮、尤其每天24小時都有耳鳴的症狀;雖然都有按照正規的路線去看中西醫,但目前都束手無策,或者是仍在緩慢改進中。

有鑒於此,想說那就來試試看好了!立馬上網訂購,隔天就收到貨了;拿完貨、在邊爬樓梯的時候還一邊想著等等還有很多事情要做,同時胸口感覺悶悶的。據說在舌頭底下滴兩滴馬鞭草花精,可能可以緩解症狀,結果到家一試,沒想到胸悶的感覺真的有減少。

不過也不知道是不是心理作用,所以我決定來做一下功課,查查花精到底是什麼、又有沒有相關研究證實它是真的有其功效的呢?

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「花精」到底是什麼?

在我上網查了「花精的成分」時,發現了一件有趣的事情。

花精的成分,其實就是水加上稀釋之後的威士忌而已。當然抽象一點的說法,裡面還有曬過太陽或者是煮沸過的花卉的水,可能還有一些所謂的「大自然能量」。

問了過去曾經有使用經驗的朋友KP,她也提供她的看法,我才進一步了解所謂的「能量」指的到底是什麼:

「⋯⋯花精前身就是花上的露水,煉金術師古時候就已經有在運用了。但是清晨的露水很難採集啊,直到巴哈醫生開始量產:把花泡到泉水裡,去曬太陽(我想,這是想複製露水的製程),然後把這個露水裡的花的能量或稱頻率保存在酒精裡面。所以跟花露水是不一樣的,不是花本身保存在酒精裡喔,一定要是花上曬過太陽吸收了花朵能量的「水」,用酒精保存起來。不過我只有淺薄的認識,當初覺得聽起來有點香香的,又好像不是精油或香水那麼重,還可以。但後來不喜歡這些那些什麼宇宙高頻能量的話術,而且說到底就是酒精、根本不會香,所以就沒有繼續研究了。」

除此之外,我的廚房好夥伴廖英凱,也根據常見的花精製程,從物質科學的角度拆解出5點看法:

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  • 為什麼要用「花」?

花朵相對植物的其他部位,顏色與香味多元。花朵香味的成分,是香料的主要來源之一。自古以來香料的應用,對人類生理與心理有多樣益處。

  • 為什麼是「露水」?

露水是清晨(或夜晚)因氣溫較低,使空氣中的水蒸氣,因降溫達到凝結條件,在空中凝結常稱之為霧,在地面固體上凝結則稱之為露。若寒流來時導致露降到冰點,則稱為「霜」。所以古詩有「蒹葭蒼蒼白露為霜」即為此意。對古人來說,相對於地表逕流水(河湖溪海)與地下水(井泉水),露水的乾淨程度(清澈度)遠勝前者,故常有古代富豪收集露水泡茶以求極佳茶飲口感等情事。

圖/pexels

然而此處的尷尬在於,露水的產生並不是因為清晨的陽光照射;而是因為日出之前,是一日最寒冷的一刻,才使空氣中的水蒸氣凝結為露水。當朝日出現,露水則就被加熱蒸發消失。所以如果主張露水飽含陽光的能量,則與露水的產生原因完全相反(熊按:換句話說,如果說露水是花精,那我們要做的並不是拿花朵的水去曬太陽,而是要把花放在很冷的地方把露水逼出來⋯⋯)。

  • 為什麼要用「酒精」?

酒精(乙醇)是一種很常見、很好用的溶劑,酒精和水的混用,可以溶解大量人類感官足以感知的化學物質。古老的香水製程,也廣泛用到酒精作為香水的主體。此外酒精還可以殺菌的功效。

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圖/alphacoders
  • 酒精可不可以保存能量?

此處必須聲明,這類相關論點,或如「能量水」、「能量療法」、「能量醫學」等領域所使用的「能量」一詞。與物理、化學等學科所使用的「能量」,並不是同義詞。雖不乏知名科學家如台大電機系李嗣涔教授,曾有關於人類利用特異功能的方式運用「心靈能量」或「宇宙能量」等,主張其為一種「框架外科學」的觀點[11]。

但當代自然科學主流學界,對上述標榜能量的領域或研究,持否定與反對立場[12]。

  • 為什麼要「曬太陽」?

曬太陽多數是還不錯的~單純就要保存生物物質的觀點,日曬可以去除水分,日曬中的紫外線還能消毒殺菌。所以曬過的物質可以放比較久(想像關廟日曬麵 vs. 拉麵⋯⋯)不過把日曬3-4小時跟煮沸半小時相比,也有一點尷尬。單純比熱量的話,煮沸的遠大於日曬。雖然說曬太陽可以有煮沸法無法取得的紫外線、宇宙射線等輻射⋯⋯但這些輻射的能量,會造成物質的化學變化(如生物分子被紫外線分解),或是溫度升高,並無法以其他能量的形式存放在物質(花、露水、酒精等)之中。

圖/pexels

但若是主張太陽的能量是「正面」的或是較有益處的,則同上述觀點並不被主流自然科學所接受,或並不屬於科學可供驗證或討論的範疇。

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空想一下,假設我們有一間明星花露水工廠⋯⋯

聽完以上的觀點後我們可以來空想一下,假設我們有一間明星花露水工廠。在把原料花送進蒸餾室提煉以前,先泡到水裡曬了好幾個小時的太陽。這樣做出來的花露水,是不是就擁有了比較多的正面能量呢?

所以花精真的有用嗎?

看樣子如果從物質科學的角度來分析,花精充其量就真的只是加了酒精的水而已,而市面上所說的「能量」的觀點,至少在目前科學可知的範圍內,是測量不到的。

不過使用者經驗又是另外一回事了,畢竟幾乎所有的藥物本身都有可能蘊含安慰劑的效果,所有的「治療」方法也一樣。人心真的是很難估量,會不會上面這個所謂的「酒精+泡花水」,在某種狀況下使用真的對於症狀有緩解的功用呢?

圖/publicdomainpictures

因此,我翻開了學術資料庫,搜尋以花精為主的文章文章,看到目前研究還有限,下面是我幾乎找到的所有公開的研究了。

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在這10篇研究當中,整體上來說只要是量化的科學研究都沒有發現花精有顯著的療效。不過,有一些個案研究或者是主觀報告指出,花精對他們主觀上面的情緒舒緩有幫助。

以下是相關文獻的簡述:

  1. 一篇後設分析(meta analysis):系統性地回顧有加入安慰劑的花精研究,篩選了有安慰劑控制組的研究總共七個進行後設分析,結果沒有發現任何顯著的療效[1]。
  2. 另一篇回顧分析,也沒有發現任何效果[2]。
  3. 過動症的治療:對於過動症的孩子也沒有顯著的療效[3]。
  4. 情緒議題的治療:作者指出,情緒問題還有精神心理疾病是比較複雜的一塊(例如焦慮症、憂鬱症、還有失眠等等),可能整合傳統的治療方法跟一些順勢療法,有助於平衡身心(reverse biochemical imbalances),而花精比較偏向順勢療法的一種[4]。這篇文章比較是採取全人(holistic system approach)的觀點,可是好像沒有特別提到實徵研究基礎(Evidence based)的統計比較。
  5. 情緒舒緩和疼痛改善:這篇研究收集的384名受試者中,41名有疼痛的困擾(10.6%)。其中有46%的人認為花精治療減輕了他們的痛苦。49%的人身體沒有太多感覺。所有的受試者中,約88%的人『覺得』情緒得到了改善。 作者說的當然有可能是安慰劑的作用,可是我們應該要把治療效果的焦點從疼痛減緩轉移到情緒舒緩上。文中還有提到患者對於這個治療方法的信念、以及醫病關係之間的重要性。(看起來就是一個,「信者情緒才會改善」的概念)[5]。
  6. 考試焦慮:這篇研究想知道巴哈花精是否能夠緩解考試焦慮,讓一群德國學生在考試之前吃花精(或是安慰劑)結果發現,所有的學生考試焦慮都降低了,但花精這一組並沒有顯著的效果。(看到這個我才知道原來有一本期刊叫做Journal of anxiety disorders!)[6]
  7. 替代療法:以問卷調查受訪者(發送了223份,只收回66份,回收率也太低,會不會覺得沒有用的就不填了?),要他們列出他們認為從補充/替代治療(complementary/alternative medicine)中受益最大的療法。受訪者認為:芳香療法,巴哈花精療法,催眠療法,按摩,營養補充,反射療法,靈氣和瑜伽都被推薦為緩解壓力/焦慮症的合適方法[7]。
  8. 失眠與焦慮:這篇個案研究顯示,這位53歲的單身女性的個案(不是我特別要強調單身,這是因為論文上面的確特別註明這些背景)失眠和焦慮的症狀都有所改善和緩解[8]。
  9. 肥胖焦慮:這是一個質性研究,從42個有肥胖焦慮的受訪者當中,歸納出花精療法對他們的幫助。包括:尋找天然替代品以幫助控制焦慮和肥胖; 認識到花卉療法本身以及醫病關係帶來的好處; 認識到花卉療法是寧靜與自我認識的來源; 感知睡眠質量的變化; 獲得對食物和相關需求的自我控制和指導等等[9]。
  10. 難撫養的孩子:這篇文章想知道那些擁有破壞性情緒的嬰兒(例如說會不停止的哭鬧),在這麼難照顧的情況下有沒有什麼比較溫和的治療方法。作者認為,花精、按摩、敷熱水袋等等是相對溫和的方法,但不能取代藥物,效果也沒有優於藥物[10]。

所以花精到底有沒有用?

什麼嘛!根本就沒有證據顯示有用啊,都是個人經驗!這時候突然想起心理師叮噹貓最近跟我講的一句話:「你的耳鳴求診過程,跟你選擇治療學派真的是一個樣啊!」

我有點不確定他這句話的意思,但我猜想可能是,我好像是一個非常重視「有沒有效果」的人。可是,人是很複雜的,這世界上有些「效果」,好像不太能夠這麼容易地用有用/沒有用來分類。

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伸個懶腰,至於花精是否有其效果,端看個人。圖/pxhere

除此之外,就算統計沒有發現效果,有一些個案研究也報告有幫助。而我剛好就是「一個個案」,而不是統計上面的那兩三百的樣本,與其捨近求遠去看論文有沒有發現明顯效果,不如感受自己的身體是不是有一些變化。

對我來說,目前我是沒有看到什麼明顯的變化啦,至少我吃了一個月之後,耳鳴並沒有因此而消失。而對使用的當事人有沒有幫助,或許也只有當事人本身才知道了。

總括而論,從物質科學的觀點,花精就是泡過花的水再加上酒精,沒有任何證據與學理能支持花精的能量論點;從量化或心理科學的觀點,目前尚無花精能有效治療各種生理或心理疾病的依據,但有少數個案研究指出使用花精後的確症狀有改善。

所以現在問題回到你身上了:

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  • 你相信花精有用嗎?
  • 你覺得你的相信或不相信,會不會影響到花精的功效呢?
  • 你覺得是自然科學澄清了關於花精功效的錯誤想像,還是花精功效仍在自然科學的未至之境?

參考文獻

  1. Ernst, E. (2010). Bach flower remedies: a systematic review of randomised clinical trials. Swiss Medical Weekly, 140(3334).
  2. Thaler, K., Kaminski, A., Chapman, A., Langley, T., & Gartlehner, G. (2009). Bach Flower Remedies for psychological problems and pain: a systematic review. BMC complementary and alternative medicine, 9(1), 16.
  3. Pintov, S., Hochman, M., Livne, A., Heyman, E., & Lahat, E. (2005). Bach flower remedies used for attention deficit hyperactivity disorder in children – a prospective double blind controlled study. European Journal of Paediatric Neurology, 9(6), 395–398.
  4. Ross, S. M. (2014). Psychophytomedicine: an overview of clinical efficacy and phytopharmacology for treatment of depression, anxiety and insomnia. Holistic nursing practice, 28(4), 275–280.
  5. Howard, J. (2007). Do Bach flower remedies have a role to play in pain control?: A critical analysis investigating therapeutic value beyond the placebo effect, and the potential of Bach flower remedies as a psychological method of pain relief. Complementary therapies in clinical practice, 13(3), 174–183.
  6. Walach, H., Rilling, C., & Engelke, U. (2001). Efficacy of Bach-flower remedies in test anxiety: a double-blind, placebo-controlled, randomized trial with partial crossover. Journal of anxiety disorders, 15(4), 359–366.
  7. Long, L., Huntley, A., & Ernst, E. (2001). Which complementary and alternative therapies benefit which conditions? A survey of the opinions of 223 professional organizations. Complementary therapies in medicine, 9(3), 178-185.
  8. Siegler, M., Frange, C., Andersen, M. L., Tufik, S., & Hachul, H. (2017). Effects of Bach Flower Remedies on Menopausal Symptoms and Sleep Pattern: A Case Report. Alternative Therapies in Health & Medicine, 23(2).
  9. Pancieri, A. P., Fusco, S. B., Ramos, B. I. A., & Braga, E. M. (2018). Meanings of flower therapy for anxiety in people with overweight or obesity. Revista brasileira de enfermagem, 71, 2310–2315.
  10. Libster, M. M. (2019). Gentle remedies: Restoring faith in the first step of nonpharmacological infant mental health care for the prevention and treatment of “disruptive behavior”. Archives of psychiatric nursing, 33(3), 299–306.
  11. 李嗣涔(2016)。科學的疆界。台北市:臺大出版中心。
  12. 楊信男(2007)。科學研究的倫理—評李嗣涔的「撓場」〈torsion field〉研究。物理雙月刊,29(4),872-874。
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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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經濟重要還是環境重要?明朝末年發生了什麼事?氣候如何影響國家?——《價崩》導讀
衛城出版_96
・2024/05/07 ・4105字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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眼皮底下的事實:環境史研究者看《價崩》

洪廣冀(臺灣大學地理環境資源學系副教授)

著名的漢學家卜正民以如下段落為《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》一書定調:

生活在這個時代,我們彷彿逃不出莫測變幻的手掌心。變化讓人這麼痛苦、氣餒,為了安慰自我,我們便告訴自己:當代的生活特徵就是接連不斷的變化,正是這種不穩定,讓世界變得比以往更複雜。

他告訴我們,作為一個「長壽之人」,「過去十年來,氣候變遷、物價通膨,以及政治豪奪的速度與規模」,他認為也是前所未見。只是,作為一個歷史學者,他還是想問,若我們放大時空的尺度,當代人在過去十年來經歷的變化,真的是前所未見嗎?他的答案是否定的。在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。

在一六四○年代早期的中國,也就是明朝末期的中國,是一個連「生存條件都被剝奪,平安度日的尊嚴都被否定的時代」,因為「大規模的氣候寒化、疫情與軍事入侵,奪走數以百萬計的人命」。
圖/unsplash

藏在眼皮下的事實是什麼?小冰期如何發生?

一六四○年代初期的中國發生什麼事?這便是卜正民試圖回答的問題。他反對傳統史學的兩大見解:一者是訴諸人禍,即訴諸當時宮廷內的派系鬥爭,統治階層道德淪喪,導致民不聊生;二者是訴諸十六至十七全球的白銀貿易,即當時從美洲與日本湧入中國的白銀,造成物價波動與社會不安。卜正民認為,訴諸人禍與貿易會讓我們看不見「藏在眼皮底下的事實」:小冰河時期(簡稱小冰期)。

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廣義地說,小冰期是從十四世紀至十九世紀初期的地球寒化現象,氣溫平均掉了攝氏兩度。乍看之下,攝氏兩度的溫差或許微小,但對作物而言,這樣的溫差已經足夠讓作物減少一次收成,或根本無法收成。再者,必須注意,兩度的溫差是「平均」,即可能是極熱與極寒的氣溫交錯變化造就此兩度溫差。這確實也是在小冰期中發生的事。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。影響所及,所謂「聖嬰-南方震盪現象」(El Niño-Southern Oscillation, ENSO,即傳統上所說的「聖嬰現象」加「反聖嬰現象」)變得格外激烈,乾旱、水災等極端氣候頻傳。不僅如此,地球科學家也指出,小冰河期也是火山活動格外頻繁的時期。火山噴出的煙塵,遮蔽了太陽輻射,更加速了地球的寒化。

地球科學家推測,寒冷的氣候讓兩極的冰山範圍擴張,讓海水變得更鹹,也就是變得更重,影響洋流的流動方式,從而牽引了大氣與洋流間的循環。
圖/unsplash

小冰期的起因為何?目前普遍接受的見解是太陽活動改變。此外,也有研究者指出,這與所謂歐洲人「發現」新大陸有關。受到所謂「哥倫布大交換」的衝擊,美洲原住民大量消失,森林擴張,吸收大量二氧化碳。眾所周知,二氧化碳是溫室氣體;二氧化碳濃度的減低,讓大氣保溫的能力下降,與前述太陽活動與火山噴發的效果耦合,讓寒化成為不可逆的過程。總之,我們現在已經知道,地球是個混沌系統,牽一髮不只動全身,甚至整個身體都會分崩離析。

回到《價崩》這本書。卜正民指出,明朝的存續時間(一三六八至一六四四年)即落在小冰期,並成為明朝覆亡的主因。他將小冰期之於明朝的影響分為六個泥沼期:一、永樂泥淖期(一四○三年至一四○六年)。二、景泰泥淖期(一四五○年至一四五六年)。三、嘉靖泥淖期(一五四四年至一五四五年)。四、萬曆一號泥淖期(一五八六年至一五八九年)。五、萬曆二號泥淖期(一六一五年至一六二○年)。六、崇禎泥淖期(一六三八年至一六四四年)。

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永樂泥淖期欠缺災荒記載,景泰泥淖期以饑荒收尾,嘉靖泥淖期氣候異常乾冷,萬曆一號泥淖期爆發饑荒、洪水、蝗災與大疫,「人民相食,枕籍死亡」;萬曆二號泥淖期的乾旱與水災頻繁,饑荒再度爆發,「朝廷賑濟的請願如潮水湧來」。崇禎泥淖期是明代乃至於「整個千年期間最慘痛的七年」,「米粟踊貴,餓殍載道」。一六四四年四月末,闖王李自成兵臨北京,致書要求崇禎帝歸順。崇禎不從,在命皇后、貴妃與女兒自盡後,他爬上皇居後的煤山,自縊身亡。李自成稱帝後,滿人入關,將中國納入大清國版圖。

不可忽視的幽靈?拔除合理征服者的解釋,明朝滅亡原因還有哪些?

如此的歷史解釋是否會流於環境決定論?卜正民的回答是:「如果環境決定論的幽靈就在門外徘徊,我也不會在分析時將其拒於門外。」那麼,是什麼讓寫出《縱樂的困惑》、《維梅爾的帽子》等名著的歷史學者相信環境的決定作用?答案就是糧價。

卜正民先生像。
圖/wikipedia

以他的話來說,「太陽能與人類需求的關係,是透過糧價調節的。從景泰年間到崇禎年間,糧價在五次環境泥淖其中激增,每一次都把價格多往上推一截,這樣的事實也說服我必須採用氣候史的大框架。」卜正民表示,「一旦經濟體仰賴太陽輻射為能源來源,那麼無論大自然是幽而不顯還是顯而易見,都必然是社會或國家生命力的決定因素。」

在結語「氣候與歷史」中,卜正民再次反駁那些把明朝覆滅推給「失德」的見解。他認為,這種論調是「合理化明清兩朝遞嬗的過程」,且「編出這種敘事並為之背書的,就是征服者」。他強調,「明朝的滅亡固然不能推給災荒糧價,但講述崇禎末年重大危機時不把氣候因素納入考慮,那簡直就像莎士比亞所言,宛如癡人說夢,充滿著喧譁與騷動,卻沒有任何意義。」

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然而,不至於將環境決定論「拒於門外」是一回事,認為社會變遷就此被環境「決定」,又是另一回事。卜正民並不認為,面對氣候因素帶來的種種挑戰,明朝各級官員只能雙手一攤,感嘆天要亡我,不做任何努力。就如其他生活在小冰期的人們一般,卜正民認為,明朝人建設基礎設施、育種、建立制度、開發新科技與控制生育力等;但問題是,一六三○年代晚期的種種災害,並未催出社會的適應力,反倒是摧毀其適應力。

拜此時勃發的火山活動與激烈的聖嬰-南方震盪現象「之賜」,不論是政府還是市場,都變不出糧食。卜正民認為,至少在前五個泥淖期,明朝人還是表現出相當的韌性,努力予以調適。然而,進入崇禎泥淖期後,春夏乾冷,田地龜裂,運河無水。當每公斤的米得需要兩千五百公升的水,而老天爺就是不願意降下一滴雨時,糧食供應體系就此崩潰,連帶把物價與政治體系拖下去陪葬。

是誰忽略了眼皮底下的事實?這段歷史帶給我們什麼警訊?

回到卜正民所稱的「眼皮底下的事實」。我們要問,是誰忽略了這項事實?誰是這對眼皮的擁有者?卜正民的答案有二。一則是以研究社會、政治與環境變遷的人文社會科學研究者。以小冰期的相關研究為例,他表示,當他開始研究明代中國糧價變異與氣候變化之關係時,驚訝地發現,「其他地方的環境史對糧價幾乎不提」。與之對照,精通糧價的歷史研究者,如不是太快地把糧價理解為「公平交易」的指標,便是視之為社會關係的一環,忽略了糧食必得是在特定的環境條件下孕育出來的。

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。
圖/unsplash

另一個忽略氣候或環境此事實者便是卜正民的同代人,也就是在閱讀這本書的你我。現代人對物價飛漲的關注程度遠比全球暖化、極端氣候與環境破壞來得高;畢竟,前者是切身之痛,後者則相當遙遠,是北極熊與紅毛猩猩的事。然而,卜正民的分析告訴我們,即便明代中國離現在相當遙遠,所謂的小冰期至少也是一百五十年以上的事,但物價恐怕還是可作為某種氣候指標。換言之,若人們以關心物價的熱誠來關心環境,面對當代的環境危機,說不定人們多少可找出個解方。

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此外,讓人心生警惕的是,卜正民告訴我們,小冰期多少是個漫長的地球系統變化。小冰期本身並未造成明朝衰亡,是相伴的極端氣候摧毀了明代社會的韌性與調適。他也認為,面對小冰期、火山噴發與聖嬰-南方震盪現象誘發的極端氣候,從後見之明來看,明朝人也做了他們可以做的,但也只多苟延殘喘了七年,且還是生存條件都被剝奪、生活尊嚴都被否定的七年。

那麼,當人類誘發的氣候變遷可能已加劇了聖嬰-南方震盪現象,讓去年(二○二三年)夏天成為有紀錄以來地球最熱的夏天,而極端氣候彷彿成為日常,人類還有多少時間可以調適?如果說明朝多少是被地球系統的正常運作摧毀,當今地球系統的異常,是人類自己造成的,數百年後的歷史學家,在回顧這段歷史時,恐怕無法如卜正民對待明朝人一樣地寬厚,只能說這是咎由自取。諸如此類的思考,都讓《價崩》有了跨越時代的現實意義。

畢竟,明朝人不是外星人,他們跟我們都生活在同一個地球上。

——本文摘自《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》,2024 年 05 月,城出版出版,未經同意請勿轉載。

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量子力學可以幫你判斷物體溫度?從古典物理過渡到近代的一大推手——黑體輻射
PanSci_96
・2024/03/24 ・3639字 ・閱讀時間約 7 分鐘

1894 年,美國物理學家邁克生(Albert Abraham Michelson)作為芝加哥大學物理系的創立者,在為學校的瑞爾森物理實驗室(Ryerson Physical Laboratory)落成典禮致詞時,表示:「雖然無法斷言說,未來的物理學不會比過去那些驚奇更令人驚嘆,但似乎大部分的重要基本原則都已經被穩固地建立了。」

以我們現在的後見之明,這段話聽起來固然錯得離譜,但在當時,從 17、18 到 19 世紀,在伽利略、牛頓、馬克士威等前輩的的貢獻之下,物理學已經達成了非凡的成就。

我們現在稱為古典的物理學,對於整個世界的描述幾乎是面面俱到了,事實上沒有人預料到 20 世紀將出現徹底顛覆世界物理學認知的重要理論,量子力學。

而這最一開始竟只是出自於一件不起眼的研究,關於物體發出的光。

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萬物皆輻射

在此我們要先理解一個觀念:所有物體無時無刻不在發出電磁波輻射,包括了你、我、你正使用的螢幕,以及我們生活中的所有物品。

至於為什麼會這樣子呢?其中一個主要原因是,物體都是由原子、分子組成,所以內部充滿了帶電粒子,例如電子。這些帶電粒子隨著溫度,時時刻刻不停地擾動著,在過程中,就會以電磁波的形式放出能量。

除了上述原因之外,物體發出的電磁波輻射,還可能有其他來源,我們就暫時省略不提。無論如何,從小到大我們都學過的,熱的傳遞方式分成傳導、對流、輻射三種,其中的輻射,就是我們現在在談的,物體以電磁波形式發出的能量。

那麼,這些輻射能量有什麼樣的特徵呢?為了搞清楚這件事,我們必須先找個適當的範本來研究。

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理想上最好的選擇是,這個範本必須能夠吸收所有外在環境照射在上面的光線,只會發出因自身溫度而產生的電磁輻射。這樣子的話,我們去測量它發出的電磁波,就不會受到反射的電磁波干擾,而能確保電磁波是來自它自己本身。

這樣子的理想物體,稱為黑體;畢竟,黑色物體之所以是黑的,就是因為它能夠吸收外在環境光線,且不太會反射。而在我們日常生活中,最接近理想的黑體,就是一點也不黑、還超亮的太陽!這是因為我們很大程度可以肯定,太陽發出來的光,幾乎都是源於它自身,而非反射自外在環境的光線。

或者我們把一個空腔打洞後,從洞口發出的電磁波,也會近似於黑體輻射,因為所有入射洞口的光都會進入空腔,而不被反射。煉鐵用的鼓風爐,就類似這樣子的結構。

到目前為止,一切聽起來都只是物理學上一個平凡的研究題目。奇怪的是,在對電磁學已經擁有完整瞭解的 19 世紀後半到 20 世紀初,科學家儘管已經藉由實驗得到了觀測數據,但要用以往的物理理論正確推導出黑體的電磁波輻射,卻遇到困難。正是由此開始,古典物理學出現了破口。

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黑體輻射

由黑體發出的輻射,以現在理論所知,長得像這個樣子。縱軸代表黑體輻射出來的能量功率,橫軸代表黑體輻射出來的電磁波波長。

在理想狀況下,黑體輻射只跟黑體的溫度有關,而跟黑體的形狀和材質無關。

以溫度分別處在絕對溫標 3000K、4000K 和 5000K 的黑體輻射為例,我們可以看到,隨著黑體的溫度越高,輻射出來的能量功率也越大;同時,輻射功率最高的波段,也朝短波長、高頻率的方向靠近。

為了解釋這個曲線,物理學家們開始運用「當時」畢生所學來找出函數方程式,分成了兩派:

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一派是 1896 年,由德國物理學家維因(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien),由熱力學出發推導出的黑體輻射公式,另一派,在 1900 與 1905 年,英國物理學家瑞立(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh)和金斯(James Jeans),則是藉由電磁學概念,也推導出了他們的黑體輻射公式,稱為瑞立-金斯定律。

你看,若是同時擺上這兩個推導公式,會發現他們都各自對了一半?

維因近似 Wien approximation 只在高頻率的波段才精確。而瑞立-金斯定律只對低頻率波段比較精確,更預測輻射的強度會隨著電磁波頻率的提升而趨近無限大,等等,無限大?――這顯然不合理,因為現實中的黑體並不會放出無限大的能量。

顯然這兩個解釋都不夠精確。

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就這樣,在 1894 年邁克生才說,物理學可能沒有更令人驚嘆的東西了,結果沒幾年,古典物理學築起的輝煌成就,被黑體輻射遮掩了部分光芒,而且沒人知道,這是怎麼一回事。

普朗克的黑體輻射公式

就在古典物理學面臨進退維谷局面的時候,那個男人出現了——德國物理學家普朗克(Max Planck)。

1878年學生時代的普朗克。圖/wikimedia

普朗克於 1900 年就推導出了他的黑體輻射公式,比上述瑞立和金斯最終在 1905 年提出的結果要更早,史稱普朗克定律(Planck’s law)。普朗克假想,在黑體中,存在許多帶電且不斷振盪、稱為「振子」的虛擬單元,並假設它們的能量只能是某個基本單位能量的整數倍。

這個基本單位能量寫成 E=hν,和電磁輻射的頻率 ν 成正比,比例常數 h 則稱為普朗克常數。換言之,黑體輻射出來的能量,以hν為基本單位、是一個個可數的「量」加起來的,也就是能量被「量子化」了。

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根據以上假設,再加上不同能量的「振子」像是遵循熱力學中的粒子分佈,普朗克成功推導出吻合黑體輻射實驗觀測的公式。

普朗克的方程式,同時包含了維因近似和瑞立-金斯定律的優點,不管在低頻率還是高頻率的波段,都非常精確。如果我們比較在地球大氣層頂端觀測到的太陽輻射光譜,可以發現觀測數據和普朗克的公式吻合得非常好。

其實有趣的是普朗克根本不認為這是物理現象,他認為,他假設的能量量子化,只是數學上用來推導的手段,而沒有察覺他在物理上的深遠涵意。但無論如何,普朗克成功解決了黑體輻射的難題,並得到符合觀測的方程式。直到現在,我們依然使用著普朗克的方程式來描述黑體輻射。不只如此,在現實生活中,有許多的應用,都由此而來。

正因為不同溫度的物體,會發出不同特徵的電磁波,反過來想,藉由測量物體發出的電磁波,我們就能得知該物體的溫度。在疫情期間,我們可以看到某些場合會放置螢幕,上面呈現類似這樣子的畫面。

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事實上,這些儀器測量的,是特定波長的紅外線。紅外線屬於不可見光,也是室溫物體所發出的電磁輻射中,功率最大的波段。只要分析我們身體發出的紅外線,就能在一定程度上判斷我們的體溫。當然,一來我們都不是完美的黑體,二來環境因素也可能產生干擾,所以還是會有些許誤差。

藉由黑體輻射的研究,我們還可以將黑體的溫度與發出的可見光顏色標準化。

在畫面中,有彩虹背景的部分,代表可見光的範圍,當黑體的溫度越高,發出的電磁輻射,在可見光部分越偏冷色系。當我們在購買燈泡的時候,會在包裝上看到色溫標示,就是由此而來。所以,如果你想要溫暖一點的光線,就要購買色溫較低,約兩、三千 K 左右的燈泡。

結語

事實上,在黑體輻射研究最蓬勃發展的 19 世紀後半,正值第二次工業革命,當時鋼鐵的鍛冶技術出現許多重大進步。

德國鐵血宰相俾斯麥曾經說,當代的重大問題要用鐵和血來解決。

就傳統而言,煉鋼要靠工匠用肉眼,從鋼鐵的顏色來判斷溫度,但若能更精確地判斷溫度,無疑會有很大幫助。

德國作為鋼鐵業發達國家,在黑體輻射的研究上,曾做出許多貢獻,這一方面固然可能是學術的求知慾使然,但另一方面,也可以說跟社會的需求與脈動是完全吻合的。
總而言之,普朗克藉由引進能量量子化的概念,成功用數學式描述了黑體輻射;這件事成為後來量子力學發展的起點。儘管普朗克本人沒有察覺能量量子化背後的深意,但有另一位勇者在數年後繼承了普朗克的想法,並做出意味深長的詮釋,那就是下一個故事的主角――愛因斯坦的事了。

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