手機會增加罹癌的風險？小心！你可能已經掉入邏輯的陷阱！——《反智》

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。

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。

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。

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：

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。

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）。

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。

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。

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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• 作者／葉又嘉
  • 臺灣大學食品安全與健康研究所碩士生。
• 作者／羅宇軒
  • 臺灣大學食品安全與健康研究所助理教授。

• Take Home Message
  • 今（2023）年 7 月中，國際癌症研究機構（IARC）將人工甜味劑「阿斯巴甜」列為 2B 級可能致癌因子。
  • IARC 針對與人體相關的環境因子（物質和行為），依動物實驗、人類流行病學、致癌機轉研究現有證據強度進行致癌等級分類。
  • 2B 級物質的致癌證據強度有限，根據目前阿斯巴甜的每日可接受攝取量，正常成人需飲用超過 9～14 罐含阿斯巴甜的飲料，才有危害健康的疑慮。

「甜」不僅為食物增添風味，更能帶給我們愉悅的感受。過去的食品加工業者通常透過添加果糖、蔗糖等天然原料為食物提供甜味，以提升食物的品質和滿足消費者需求。然而，自從人工甜味劑問世以來，相較於果糖、蔗糖等含有熱量且會影響血糖的甜味劑，人工甜味劑主打低卡、零熱量、適合糖尿病患者食用等特點，使相關產品如雨後春筍般湧現，也逐漸為大眾接受。

人工甜味劑會對健康產生影響嗎？隨著它大量被應用於食品加工領域，這類話題始終存在著不少的討論聲量。就在今年 7 月中旬，世界衛生組織（World Health Organization, WHO）轄下的國際癌症研究機構（International Agency for Research on Cancer, IARC）正式將人工甜味劑「阿斯巴甜」（aspartame）列為 2B 級「可能致癌因子」（possibly carcinogenic to humans）。此消息一經公布，各大媒體紛紛爭相報導，「……阿斯巴甜列 2B 類致癌物……」、「WHO 將甜味劑阿斯巴甜納入第 2 級致癌物！……」、「別被阿斯巴甜 2B 致癌物嚇到……」等標題充斥在各大媒體版面。但 2B 級可能致癌因子真的有那麼恐怖嗎？它代表什麼？更改分類有何意義？首先，讓我們先了解 IARC 如何針對人類致癌因子進行分類。

IARC 人類致癌因子的分類

國際癌症研究機構將人類致癌因子分成四大類，分別為 1 級：確定為致癌因子；2A 級：極有可能為致癌因子；2B 級：可能為致癌因子；3 級：無法歸類為致癌因子。主要依據受評估因子在流行病學、動物實驗、人體細胞機轉這三項領域中現有的科學證據權重進行分類（表一）。

如果只閱讀完表一，讀者應該還是對於這個分類機制似懂非懂。在此讓我們透過實際的例子，看看生活中常見的物質或行為在 IARC 分類中分別屬於哪一類：

危害 vs 風險 

讀者們看到這裡會不會很驚訝或好奇，為什麼日常生活中常接觸到的加工肉品和熱飲、從事夜班工作，甚至是每天都會照射到的太陽，它們的分類級別居然都比阿斯巴甜來得高？相反地，一般直覺認為危害程度較高的鉛、汽油、乙醛等物質，竟然與阿斯巴甜屬於同一類？事實上，IARC 是基於該物質對人體的危害（hazard）而非基於風險（risk）評估相關因子。不過危害和風險兩者不一樣嗎？它們之間又有什麼差異？ 

「危害」指的是會對人體產生任何形式傷害的潛在因子，包含物質、疾病、工作類型、工作環境等。IARC 發布的分類僅為危害辨識（hazard identification）的結果，意思是現有科學證據是否支持該因子會導致癌症，但並未考量到接觸時間、攝取量、暴露量、暴露途徑等其他因素。然而，物質或行為是否會對人體健康產生實質影響，則須經由風險評估（risk assessment）判斷。

「風險」是指結合危害資訊和暴露評估結果後得出的數值。以阿斯巴甜為例，在 IARC 將它列為可能的致癌因子之前，WHO 旗下的食品添加劑聯合專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives, JECFA）已多次進行風險評估，並提出阿斯巴甜的每日可接受攝取量（acceptable daily intake, ADI）為每天每公斤體重 0～40 毫克（mg）。報告中同時也提到，假設一罐飲料含有 200～300 mg 的阿斯巴甜，以一位體重 70 公斤的成年人為例，他每天需要攝取大約 9～14 罐飲料，才有可能超過 ADI 值^〔註〕。

〔註〕根據 2015 年西班牙的市售飲品調查中，在含有阿斯巴甜的各式飲料中，內含的阿斯巴甜實際濃度介於每公升 45～563 mg。也就是一罐含有阿斯巴甜的 330 毫升飲料中，阿斯巴甜濃度約 15～186 mg。

由此可知，危害和風險之間的區別在於危害僅為定性的描述，而風險則根據實際暴露具體量化受評估因子對健康的影響。

ADI 值代表的意義

ADI 值是基於動物實驗中觀察不到任何不良反應的劑量（no-observed-adverse-effect level, NOAEL）進行計算，再除以安全係數（safety factor，通常為 100，包括 10 倍的動物和人體之間的差異，以及 10 倍考慮個體間的差異）後得出。因此，ADI 值的意義在於只要每個人每天對於某物質的攝取量低於該值，就不太可能對健康造成不良影響。

（資料來源：行政院食品安全辦公室）

列入可能致癌物的根據

既然如此，IARC 為什麼會將阿斯巴甜列入可能的致癌物？首先，這次的評估納入超過 7000 多篇的文獻，並在最後篩選出 1300 篇研究給予專家小組評估。在阿斯巴甜的人體口服試驗中，當人體暴露到與 ADI 值相同的阿斯巴甜劑量時，並未觀察到血液中阿斯巴甜代謝物濃度增加，顯示阿斯巴甜在人體內代謝快速，並不會大量進入人體循環系統。

此外，雖然有些流行病學研究指出阿斯巴甜的暴露與某些癌症在統計學上具有正相關，但目前尚無直接證據表明它們之間的相關性為絕對。這是因為研究中無法排除潛在可能導致癌症發生的因子，例如生活作息、飲食習慣、社會壓力等。因此有關人體致癌性流行病學證據，專家們認為公信力有限。

至於動物實驗的部分，有三篇研究指出在兩種性別的大鼠和小鼠中，都觀察到惡性及良性腫瘤的發生率有上升趨勢。然而，專家們對這些研究的實驗設計存在疑慮，像是在實驗中使用的動物皆為相同來源而非隨機抽樣，這部分會導致無法排除是否因為選擇的動物來源單一，同時它們對於阿斯巴甜影響又較為敏感，使得研究結果得到發生率有上升的趨勢，專家認為這部分的證據力也是屬於有限。

最後有關人體細胞致癌機轉，雖然在實驗中有觀察到阿斯巴甜會增加細胞氧化壓力，且部分證據表明阿斯巴甜會誘導細胞慢性發炎、細胞增殖、細胞死亡、營養供應等不良反應，然而實驗皆在實驗室條件下進行，同時相關研究在研究設計、數據分析仍存在侷限性，因此專家認為致癌機轉的科學證據也是有限的。

需要因此少吃阿斯巴甜嗎？ 

從人體代謝來看，當我們攝取含有阿斯巴甜的食物時，阿斯巴甜在消化系統中會被完全水解成苯丙氨酸（phenylalanine）、天冬氨酸（aspartic acid）和甲醇（methanol），接著再進一步被分解為甲醛（formaldehyde）、甲酸（formic acid）和二酮哌嗪（diketopiperazine）。儘管上述專有名詞讓人感到陌生，但事實上這些化學物質普遍存在於我們的日常生活飲食中，身體也具備相關機制能夠將它們代謝。因此，對於一般身體健康的人來說，在正常攝取情況下不需要過度擔心它對健康的影響，也不必特意改變飲食習慣。除非個體飲食習慣屬於極端情況，或是先天缺乏代謝苯丙氨酸能力的苯丙酮尿患者，才需要避免攝取到阿斯巴甜。

阿斯巴甜在歐盟、美國、日本等多個國家已經被允許使用多年，臺灣目前也已開放將它添加到各種食品中。雖然上述科學數據提到，只要每天攝取的阿斯巴甜不超過每公斤體重 40 mg，實際上對健康並不會造成危害。然而，因為每個人的風險感知存在差異，能夠接受的風險程度高低有別，如果有讀者還是想要減少攝取阿斯巴甜，該怎麼辦？

根據臺灣法規，阿斯巴甜屬於食品添加劑，若食品業者將它添加於產品中，依規定必須將它標示於食品包裝中。因此，如果民眾想要減少阿斯巴甜攝取，只要在購買產品前仔細閱讀包裝上的食品標示，選擇不含有添加阿斯巴甜的產品，即可有效減少攝取到阿斯巴甜的機會。

總結來說，阿斯巴甜在正常使用的情況下並不會對於我們健康造成影響，儘管 IARC 將它列為可能的致癌因子，這並不代表著它有絕對致癌的風險。IARC 的致癌因子分類是基於實驗證據的公信力程度，包括動物實驗、人類流行病學研究、致癌機轉研究三大部分，然而以現今的研究結果，多數能給予我們的致癌證據是有限的。

總結來說，目前 IARC 將阿斯巴甜列為 2B 級可能的致癌因子，不僅可喚起大家對阿斯巴甜的關注，更代表未來需要更多有關阿斯巴甜的研究，才能更加確定它對於人體的健康風險影響。在日常生活中，一般民眾不需要太過擔心，更重要的是應保持適量均衡飲食，自然能限制日常生活中人工甜味劑的攝取，進而達到維持身體健康的目的！

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 9 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

本文由 Arm 委託，泛科學企劃執行。

Arm（安謀）是一家來自英國提供處理器 IP 架構設計的矽智財公司，你可能不清楚 Arm 在做什麼？但你可能在最近的新聞中聽過它，而且，你可能每天都在使用他們的產品！

實際上，90% 的智慧型手機使用的 CPU 晶片，其指令架構集（ISA）都是採用 Arm 架構，例如部分蘋果產品所使用的晶片、Android 手機常見的驍龍系列，以及聯發科技推出的天璣系列晶片，Arm 都是這些處理器架構的主要供應商。

不過這個指令架構集（ISA）到底是什麼？為什麼每台手機甚至電腦都要有呢？

什麼是指令架構集（ISA）？

指令集架構（ISA）是電腦抽象模型的一部分，它定義了 CPU 如何被軟體控制。ISA 作為硬體和軟體之間的介面，既規定了處理器能夠執行的任務，又規定了如何執行這些任務。ISA 提供了使用者與硬體互動的唯一途徑。ISA 可以被視為程式設計師的手冊，透過 ISA，組合語言程式設計師、編譯器編寫者和應用程式程式設計師方能與機器溝通。

處理器的構建和設計稱為微架構(micro-architecture)，微架構告訴您特定處理器的工作原理，例如，Arm Cortex-A53 和 Cortex-A73 都是 Armv8-A 架構的實現，這意味著它們具有相同的架構，但它們具有不同的微架構。

目前常見的 ISA 有用於電腦的 Intel/AMD x86_64 架構，以及在行動裝置是主流的 Arm 架構。而 Arm 本身不製造晶片只授權其架構給各個合作夥伴，授權的架構也被稱為「矽智財」（Semiconductor intellectual property core，簡稱 IP），並由合作夥伴依據規格打造合規的矽晶片。

Arm 成為全球關注的焦點

今年九月，Arm 在美國紐約那斯達克交易所掛牌上市，吸引大量投資者的目光，除了節能的設計，Arm 持續提升產品效能，使得 Arm 架構具有強大的競爭優勢，讓 Arm 的技術和產品，除了在行動裝置與物聯網應用佔據了重要地位，也在後續發展的其他產品持續協助產業推動技術革命。

最早，Arm 架構是為了依靠電池運作的產品而設計的，隨著這十多年來的轉變，行動裝置成為主流，而 Arm 架構也成為了行動裝置的首選。

除了 Arm 原本行動裝置的通用 CPU 領域，Arm 亦著手開發專用 CPU 的架構，這些專用 CPU 的使用情境包含雲端基礎設施、車用和物聯網（IoT）。

現在 Arm 除了在手機處理器上有超過 90 % 的市占率外，在物聯網與嵌入式應用上有 65% 的市占率，目前車用晶片也逐步轉向由軟體來定義汽車的電子電氣架構，這凸顯了軟體在未來汽車架構的重要性。「嵌入式邊緣裝置使用的可擴充開放架構 (Scalable Open Architecture for Embedded Edge；SOAFEE) 」建立以雲原生的系統架構，透過雲端先行開發軟體，協助汽車產業業者在產品正式商品化前，能在基於 Arm 架構的晶片上進行虛擬環境測試，目前 Arm 在車用晶片上，市佔率超過四成。

在雲端運算上，Arm 也推出了 Arm Neoverse 技術平台來協助雲端伺服器的晶片設計，並配合新推出的 Arm Neoverse 運算子系統（CSS），來簡化專用晶片的設計複雜性，減少晶片設計花費的時間。

在 Arm 日益完整的產品組合下，透過與廣大生態系合作，能為市場提供許多軟硬體解決方案。首先，在行動裝置上，Arm 近乎霸占市場。而在 AI 發展與網路速度持續提升的趨勢下，許多運算都可以在雲端完成，最近的實例為 Nvidia 的 GeForce Now，只需一台文書機，就能暢玩 3A 大作，或是 Google 的 Colab，讓 AI 能在文書機上完成運算，造福了沒有高級顯卡的使用者。

未來，邊緣運算將陸續解開雲端運算的束縛，而 Arm 也在前期投入了雲端基礎開發，配合行動裝置的市占率，無論如何 Arm 都將在未來科技業占有一席之地。

Arm Tech Symposia 將在 11 / 1 與 11 / 2 盛大舉辦

2023 Arm 科技論壇（Arm Tech Symposia）即將在 11/1 台北萬豪酒店，11/2 新竹國賓飯店盛大舉辦！這是 Arm 每年最重要的實體活動之一，以【Arm is Building the Future of Computing】為主軸，探討在 AI 時代來臨之際，Arm 最新的技術如何驅動創新科技，為次世代的智慧運算、沉浸式視覺、AI 應用、自主體驗等帶來更多可能性。 

這次 Arm 科技論壇將圍繞在車用、物聯網、基礎設施、終端產品等熱門 AI 應用領域，並邀請台積公司、Cadence、瑞薩電子、新思科技、CoAsia 擎亞半導體等各領域專家，帶來產業第一手趨勢洞察。

其次，也會分享 Arm 的新技術在 AI 的應用，包含如何透過軟體定義汽車降低汽車電子系統核心 EUC 整合的複雜性，同時維持汽車資安；以及介紹專為特定工作負載而設計的運算方式，如何讓企業不受外在環境與技術影響，處理更大規模的數據。

今年 11/1 在台北場的座談會，主題為 Edge computing on AI，探討邊緣運算在人工智慧上的應用，以及人工智慧對於半導體產業以及晶片研發帶來的影響，邀請 iKala 共同創辦人暨執行長程世嘉、聯發科技執行副總經理暨技術長周漁君，以及 Arm 台灣總裁曾志光與會。

11/2 在新竹場的座談會主題為 The Keys of Automotive Transformation，探討汽車產業的轉型趨勢，邀請 Anchor Taiwan 執行長邱懷萱、友達光電執行長暨總經理/達擎董事長柯富仁、波士頓顧問公司董事總經理暨資深合夥人徐瑞廷，以及 Arm 台灣總裁曾志光與會。

無論你是硬體工程師、軟體開發人員、晶圓代工、晶片設計商、OEM/ODM 還是相關產業人士，都能在這場論壇中互相交流，充實自己。

2023 Arm 科技論壇報名連結

活動結束後填寫問卷的朋友，還有機會現場抽中 iPhone 15 Pro、 iRobot Roomba j7+ 掃地機器人、Sony WH-1000XM5 無線耳機、Dyson Purifier Big+Quiet Formaldehyde 空氣清淨機等精美好禮喔！

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