馬爾他巨石文化遺址——哈扎伊姆神殿│環球科學札記(26)

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

地中海飲食源自希臘、義大利南部、西班牙、葡萄牙等地中海周邊地區。二○一○年，聯合國教科文組織將之列為世界非物質文化遺產。目前地中海飲食以希臘和南義飲食為代表，其特色是以天然穀物、豆類、大量當季蔬果，搭配適量的魚、蛋、家禽、起司和少量紅肉及紅酒，橄欖油為主要油脂來源。

我們的環球之旅，在希臘的雅典外港比雷埃夫斯停靠兩天。第一天（五月二十日）參觀雅典衛城，第二天參觀柯林斯運河、埃皮達魯斯古劇場和小鎮納夫普利翁。雅典衛城我們十六年前去過，這次沒有參團，自行搭地鐵在雅典繞了一下，過午一時前趕回船上吃午餐，沒吃到所謂的地中海飲食。

第二天就吃到了。這天十二點二十五分離開埃皮達魯斯劇場遺跡，經過一段窄得只能容得一輛遊覽車的山路，最後司機在一個岔路口停住，導遊下車端詳一會兒，才決定向右，看來她已許久沒來過了。我們來到一處希臘村莊，在一家類似大陸農家樂的餐廳享用午餐，吃了一頓庶民版的地中海飲食。

這家餐廳用輕鋼架搭成，沒什麼裝潢，我們坐在室外的棚子裡，頂上攀滿葡萄藤，曬不到太陽，但因光線明亮，我並沒摘下太陽眼鏡。這一餐的主菜是烤雞和烤馬鈴薯，每人一份。豆子濃湯每人一盤，生菜沙拉四人一玻璃盆，麵包四人一籃。我特別喜歡這家餐廳的麵包，我們那桌只有我吃了三塊。那盤烤雞，是一整塊雞胸肉。吃下麵包、烤雞胸肉、生菜沙拉、豆子濃湯和一個橘子，那些烤馬鈴薯已無能為力了。

五月二十三日，和平號停靠義大利的西西里第二大城卡塔尼亞港。一早就搭上遊覽車前往世界文化遺產卡薩爾古羅馬別墅遺跡。十二點四十，到附近的一家鄉間餐廳吃自助餐，窗外就是田園。桌上已擺著用籃子裝的麵包，和用大玻璃瓶裝的飲水。餐檯上有好幾種起司、魚、雞肉、醃橄欖等等，或許大家都餓了，每人都拿了一大盤，還拿了草莓、杏子、李子、橘子等水果。導遊說，燉豆子和海鮮番紅花焗飯還沒上呢！這餐可說是標準版的地中海飲食。

五月二十四日，停靠馬爾他首府法勒他。馬爾他面積三一六平方公里（約為香港的三分之一），人口四十七點五萬人，卻有八處世界文化遺產，以單位面積來說居世界之冠。我們參觀過哈札伊姆神殿史前巨石文明，驅車到五星級的腓尼基飯店午餐。途中導遊說，今天的午餐是自助餐，有他處不容易吃到的兔子肉。歐洲各國貴族熱衷狩獵，馬爾他原為馬爾他騎士團的根據地，因而留下吃兔肉的傳統。

約十二時，來到腓尼基飯店。這家飯店的正面，像座羅馬式建築的博物館。餐廳高大軒敞，自助餐菜色豐富。大家期待的兔子肉，竟是鮮紅的生肉，看起來像是牛肉，由服務生當場切成薄片。味道嘛，我不吃生肉，取了很小很小的一小片，沒嚼就一口吞下，實在說不出所以然。內人說很嫩，有點鮮甜。

或許大家都餓了，食物又吸引人。擺食物的桌子很長，總共有數十種。我們這群人吃相不大好看，每道菜只取一點點，就可裝滿一大盤。有人麵包和菜一盤，水果一盤，甜點一盤，還有飲料和雞尾酒，堆了一大堆。在這充滿貴氣的餐廳，服務生大概很少見過我們這樣的餓殍吧。這餐可說是豪華版的地中海飲食。

五月二十七日，我們停靠西班牙南部的莫特里爾。這天的行程上午造訪有白色小鎮之稱的弗里希利亞納，和內爾哈石灰岩洞窟。中午在洞窟入口處的餐廳吃自助餐。雖說是自助餐，其實只有水果、麵包可以自己取，菜餚仍由工作人員根據你所指的打給你。我們坐在靠窗處，從窗口就可遠眺海景。這一餐有海鮮濃湯、炸花枝、炸雞排、番茄冷湯、魚等，還有鮮奶米布丁等，只有甜點有點特色。這餐可說是普及版的地中海飲食。

其實，和平號上的早餐和午餐，就是地中海飲食。日本人喜歡吃生菜沙拉，以午餐為例，每天有八盆，每天都出現的有高麗菜、番茄、蘿蔔、胡蘿蔔、彩椒、大黃瓜、萵苣和海帶芽，偶而還有芝麻葉、大白菜等葉類蔬菜，另有用橄欖油調製的沙拉醬。每天有一種水果，如甜橙、香蕉、西瓜、葡萄、奇異果、草莓等。熟食區有八個鍋，每天都有什錦燴蔬菜、豬肉、雞肉、魚等，沒有一種油膩。最常吃的魚是鯖魚、秋刀魚和鮭魚，偶而有竹夾魚。食材和地中海飲食基本一致，堪稱家常版的地中海飲食。

先前在《電腦簡史》 齒輪時代（六）提及，羅馬帝國分裂後，希臘典籍原本早已損毀甚鉅。日耳曼蠻族接管歐洲後，又因為教會強力鉗制學術思想，而進入黑暗時代。是什麼樣的契機，讓十字軍得以帶回君士坦丁堡保存的許多希臘著作，以及伊斯蘭地區的阿拉伯書籍？十字軍東征促成了經濟趨向繁榮外，對於歐洲文明又形成了什麼樣的重大影響？

本文為系列文章，上一篇請見：西方第一座水力天文鐘——給你聲光饗宴的城堡天文鐘│《電腦簡史》 齒輪時代（九）

一封來自拜占庭皇帝的求援信，間接促成歐洲貿易、文化再次興盛？！

1095 年三月，拜占庭帝國的特使千里迢迢來到羅馬，向教宗烏爾班二世 (Pope Urban II) 遞交一封拜占庭皇帝的親筆信函。烏爾班二世打開一看，竟然是封求援的信。原來塞爾柱土耳其人 (Seljuk Turks) 近年來攻城略地，不但取代阿拉伯的阿拔斯王朝，成為伊斯蘭世界的新霸主，也強佔拜占庭帝國大半國土。如今更逼近君士坦丁堡，拜占庭帝國已經岌岌可危。

其實君士坦丁堡教會和羅馬教會交惡已久；四十一年前，雙方還鬧到互不承認，而分裂成東正教與天主教至今。因此對於烏爾班二世而言，這或許是讓君士坦丁堡教會向羅馬臣服的大好機會。更何況唇亡齒寒，塞爾柱帝國如果滅了拜占庭帝國，再來就直接威脅到西方基督教徒了。

因此他同年七月返回家鄉法國後，便四處演說，鼓吹民眾加入遠征軍，從異教徒手中奪回聖城耶路撒冷。不過群眾並未馬上響應，直到十一月底，烏爾班二世在克列芒 (Clermont) 向廣場群眾發表演說，宣稱為聖戰犧牲者可以洗清生前罪孽，進入天堂，才引發熱烈響應，而開啟第一次「十字軍東征」。

第一批率先出發的十字軍，其實是一般平民組成的「烏合之眾」，隨後才由貴族各自帶領正規軍遠征。出乎意料地，十字軍竟一路過關斬將，成功於 1099 年中攻下耶路撒冷，在此建立基督教的耶路撒冷王國。

奇怪，伊斯蘭大軍不是驍勇善戰，勢如破竹地快把拜占庭帝國滅了嗎？怎麼會輸給歐洲倉促組成的雜牌軍？這是因為塞爾柱帝國的蘇丹王突然遭人暗殺，各派人馬為爭奪權位而互相廝殺，帝國因此分崩離析，才讓十字軍有機可乘。

到了十二世紀下半葉，庫德人薩拉丁 (Saladin) 建立的埃宥比王朝 (Ayyubid dynasty) 又一統伊斯蘭世界後，便再奪回耶路撒冷。之後歐洲又多次派十字軍東征，雙方不斷交鋒，互有勝負，直到十三世紀末，歐洲民眾對聖戰已失去熱情，歷時兩百年的十字軍東征終於告一段落。

歐洲民眾之所以不再熱衷於聖戰，經濟越來越繁榮是一個很大的因素。由於歐洲在九世紀至十三世紀之間，進入「中世紀溫暖期」，溫暖的氣候有利於植物生長，可耕種的土地也大幅增加，糧食與畜牧的產量隨之提升，得以供養更多人口，促進社會繁榮。

到了十三世紀，歐洲地區的人口與經濟便開始快速成長。而當初參與十字軍東征的民眾，主要都是社會底層的窮困階級。他們原本就基於：「反正沒甚麼好損失的，不如賭一把」的心態加入十字軍，如今歐洲內部有那麼多謀生、致富的機會，也就沒必要冒死遠赴戰場了。

十字軍東征雖然到頭來也沒收復多少領土，卻也不是徒勞無功。因為遠征所需的武器配備、後勤支援，原本就會促進各項生產與商業貿易，所以對歐洲的經濟成長也助了一臂之力。不過更重要的是，歐洲文明因此才得以邁向光明。

十字軍東征撒種典籍，歐洲知識文明再次萌芽

之前提到，羅馬帝國分裂為東西兩個帝國後，歐洲地區的希臘典籍原本就已經銷聲匿跡。日耳曼蠻族接管歐洲後，又因為教會強力鉗制學術思想，而進入黑暗時代。如今因為十字軍東征，君士坦丁堡保存的許多希臘著作，以及伊斯蘭地區的阿拉伯書籍，才終於被十字軍帶回歐洲。

而在第一次十字軍東征之前，歐洲西部幾個基督教王國也展開「收復失地運動」，進攻伊比利半島上的伊斯蘭王國，也在西班牙與北非的阿拉伯圖書館發現大量文獻典籍。於是自十二世紀開始，這些典籍陸續被翻譯為拉丁文，在歐洲出版，基督教世界的學者們才終於一睹這批無價的知識寶藏。例如歐幾里得的《幾何原本》、托勒密的《天文學大成》、亞里斯多德等希臘學者的著作，以及代數、三角學與阿拉伯數字這些數學觀念，都是此時才被引介到基督教世界，成為歐洲啟蒙的種子。

當然，還得有適當的條件，種子才能萌芽。隨著歐洲社會步向繁榮，經濟活動愈來愈頻繁，各種文件記錄也大幅增加，例如人員、財產、土地都要造冊存檔，還有交易紀錄、商業合約、法院訴訟等等也都需要大量能讀能寫的人。因為社會需才孔急，教會於是主動要求各地教堂開辦學校，使得歐洲的識字人口在十三世紀大幅增加，知識的傳播才逐漸在歐洲遍地開花——這其中，也包括了希臘學者與伊斯蘭學者所奠基的齒輪技術。