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抱歉了愛因斯坦,但我真的沒辦法頒獎給那個酷理論——為何相對論與諾貝爾獎擦身而過?

賴昭正_96
・2021/07/28 ・5599字 ・閱讀時間約 11 分鐘

如果我能向普通人解釋,我就配不上得諾貝爾獎
—Richard Feynman(1965 年諾貝爾物理獎)

如果你不能簡單地解釋它,表示你沒有真正地理解它
—愛因斯坦(1921 年諾貝爾物理獎)

19 世紀末的物理學家曾經非常自滿地認為物理學上的基本問題都已經解決了,剩下的只是細節問題。例如因 1887 年測得光速與地球運動無關而成名的邁克爾遜(Albert Michelson)在 1894 年即說:「似乎大部分宏偉的(物理)基本原理都已經牢固確立了,剩下的只是在將這些原理嚴格應用於所有出現在我們面前的現像,尋求進一步的進展而已」。另外一個常被引用來「證明」此一觀點的是:19 世紀最傑出的科學家之一的開爾文勳爵(Lord Kelvin,註一)被誤認為在 1900 年 4 月 27 日英國科學促進會向一群物理學家發表的講話中,曾謂「現在物理學中將沒有什麼新發現。 剩下的就是越來越精確的測量而已。

美國物理學家邁克爾遜:「似乎大部分宏偉的(物理)基本原理都已經牢固確立了,剩下的只是在將這些原理嚴格應用於所有出現在我們面前的現像,尋求進一步的進展而已。」圖/wikimedia

現在我們當然知道事與願違,20 世紀的物理不但未靜如止水,反而一開始便刮起大風大雨。1874 年普朗克(Max Planck)的指導教授久利(Philipp von Jolly)告訴他說:「在這個(物理)領域,幾乎所有的東西都已經被發現了,剩下的就是填補一些不重要的漏洞。」普朗克回答說他不想發現新的東西,只想了解這個領域的已知基礎。沒想到為「了解」他 1900 年 10 月靠猜測所提出來的黑體輻射公式(參見「量子統計的誕生」),於當年 12 月被「迫」提出能量量化的觀念,吹起了 20 世紀物理革命的第一聲號角,整個改變了物理學家對客觀世界的看法。

諾貝爾獎委員當然不會忽略那些革命的功臣,相繼地頒發了物理獎給開發量子力學基礎的普朗克(1918)、 愛因斯坦(1921)、 玻爾(Niels Bohr, 1922)、海森堡(Werner Heisenberg, 1932)、薛定諤(Erwin Schrödinger, 1932)、狄拉克(Paul Dirac, 1932)、及泡利(Wolfgang Pauli, 1945)⎯⎯不包括後來的量子場論、基本粒子及其作用。

自 1901 年開始頒發的諾貝爾獎,是所頒獎的領域內最有聲望的獎項。圖/wikipedia

相對論的興起

1905 年 6 月(註二),在瑞士專利局當最低等級審查員的愛因斯坦(Albert Einstein)更不知道從何處突然冒出一篇論文「運動體的電動力學(On the Electrodynamics of Moving Bodies)」,吹起了另一 20 世紀物理革命的號角,徹底改變了統領物理界 300 多年的牛頓時空觀念。該篇論文雖然未引起大部分物理學家的注意,但普朗克卻慧眼識英雄,立即意識到了它的革命性,幫助了愛因斯坦「脫離苦海」進入學術界。10 年後,愛因斯坦又提出了一篇徹底改變牛頓重力理論的論文,開啟了近代宇宙論的研究。

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諾貝爾獎委員當然不會忽略這一位……錯了!愛因斯坦從來沒有因為相對論而得諾貝爾獎!他 1921 年的物理獎是因為普朗克曾經不敢苟同的光電效應取得的。這不是很奇怪嗎?

以相對論聞名的愛因斯坦,卻從來沒有因相對論而獲得諾貝爾獎。圖/Pixabay

事實上,早在 1910 年重力相對論未出現前,當初對愛因斯坦求職不理不睬的德國教授奧斯特瓦爾德(Wilhelm Ostwald)就已經開始提名愛因斯坦為諾貝爾獎候選人。在隨後的幾年裡,愛因斯坦更多次獲得提名;1917 年之後,每年都被像普朗克、洛倫茲(Hendrik Lorentz)、及玻爾等物理學界領導者提名(大多是因其相對論的貢獻)。1919 年,愛丁頓(Arthur Eddington)宣布日食時所觀察到的星光偏折角度與愛因斯坦 1915 年廣義相對論的預測相符後,愛因斯坦隔夜名聲大噪,成為繼牛頓之後家喻戶曉的科學家!在這些情況下,諾貝爾獎委員似乎非得給得一個獎不可!

延伸閲讀:懂廣義相對論的「第三者」是誰?

相對論的爭論

可是相對論一出來便爭論一直不停:例如它間接地否認了乙太的存在(參見「乙太存在與否的爭辯」);重力相對論又是充滿了迷宮般的數學,容易讓人產生懷疑。加上戰後德國的反猶太主義興起;猶太人成為德國戰爭失敗的代罪羔羊,作為猶太人和和平主義者,愛因斯坦當然成為一個明顯的目標。這反愛因斯坦及其理論的聲浪到 1920 年 8 月達到高潮:一群科學家在柏林愛樂音樂廳(Berlin Philharmonic Hall)舉辦公討會。在愛因斯坦也不示弱下,爭論也從純學術演變到互相人身攻擊。因此在一陣討論後,諾貝爾委員決定將 1921 年物理獎束之高閣!

過去的科學家認為,乙太是一種電磁波的傳播媒質,充滿整個宇宙。圖/wikipedia

巴黎著名學者柏格森(Henri Bergson,1859-1941)被認為是 20 世紀最偉大的哲學家之一,曾被喻為近代的蘇格拉底(Socrates);在世紀之初的幾十年,他的名聲、威望、和影響力超過愛因斯坦的。柏格森對「時間」的認知完全與愛因斯坦不同,他認為愛因斯坦的相對論是「形而上學」(metaphysics)、不是物理學,對愛因斯坦的理論公開提出了挑戰。1922 年 4 月 6 日,兩人因之在法國哲學協會(Société française de philosophie)及一群精選之知識分子的注視下舉行了「20 世紀最偉大的哲學家和最偉大的物理學家之間的對話」。

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折中辦法

柏格森公開挑戰愛因斯坦的相對論等於是火上加油,讓 1922 年之諾貝爾獎委員們更加為難;在一番掙扎後,最後終於有一位委員想到了一個折中的辦法。1922 年 10 月,當愛因斯坦正在從香港到上海的船上漂泊時,瑞典諾貝爾委員會秘書的一封得獎通知信謂:

正如我已經透過(送到你柏林住家之)電報通知你,在昨天舉行的會議上,皇家科學院因你在理論物理學方面的工作,特別是因為你發現了光電定律,決定授予你去年的諾貝爾物理學獎。(我們這一決定)並沒有將你的相對論和重力理論在未來被證實後的價值考慮在內。

愛因斯坦終於得到諾貝爾物理獎了,但不是因為人人耳熟能詳的相對論貢獻,而是象牙堂裡物理專家才清楚的光電效應(參見「太陽能與光電效應」)!但信中的口氣應該是只要將來得到實驗證明,愛因斯坦還是可以得到相對論之諾貝爾獎的。

證實相對論的實驗

可是重力相對論不是早在 1919 年就得到證明了嗎?在教科書裡,我們學到行星以橢圓軌跡繞日;但由於行星間的相互作用,這些橢圓事實上都是慢慢在旋轉的-稱為「進動」(precession)。在「暗物質與暗能量」一文裡,筆者提到了除了最靠近太陽之水星外,其他行星之進動率均與牛頓力學計算出來的結果相符。但水星的觀察值(每世紀約 574 弧秒)卻是比計算值大了43 弧秒。這正是愛因斯坦廣義相對論計算出來的結果,這麼小的數字、10% 不到的修正不會是巧合吧?雖然愛丁頓 1919 年的證明受人詬病,但這「進動」修正不是強而有力地證實了愛因斯坦的相對論嗎?

愛丁頓 1919 年觀測到星光受太陽重力發生偏折,使愛因斯坦的廣義相對論變得舉世聞名。圖/wikipedia

廣義相對論的另一個早期預測是重力紅移(gravitational red shift,參見「愛因斯坦一生中最幸運的靈感——廣義相對論的助產士」):來自緻密大質量物體的光應該略微紅移(波長變長)。1925 年,美國威爾遜山天文台的天文學家亞當斯(Walter Adams)宣布確定了天狼星(Sirius)的伴星 B 的重力紅移值正是重力相對論所預測的。

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但諾貝爾獎委員們還是充耳不聞(註三)。與之相關的另一現象重力時間膨脹已經是現今全球定位系統(GPS)必須考慮進去的修正(註四),則在愛因斯坦去逝後四年才在實驗室中得到證實。

為何最終還是失之交臂?

愛因斯坦 1955 年 4 月辭世,最後還是沒有得相對論的諾貝爾獎。一個解釋當然是諾貝爾獎委員認為相對論在愛因斯坦死前還是沒有足夠的實驗證據支持。實驗可以再現,因此容易直接判斷其正確性;但沒有實驗支持的理論(尤其是數學物理)則很難直接判斷其正確性——尤其是對不是專攻理論(尤其是數學物理)的物理學家。諾貝爾獎委員們似乎因此不敢輕易頒發這類獎章。

還有,理論是很難立即看出是否符合設立諾貝爾獎之「將為人類帶來最大利益」的目的。因此因為實驗而獲得諾貝爾獎的不但比較容易也比較多;但是理論諾貝爾獎得主因門檻較高,一般知名度都比較高。

相對論與諾貝爾獎失之交臂的另外一個原因,可能是諾貝爾獎委員有點「火」愛因斯坦。圖/wikipedia

另外一個原因可能是諾貝爾獎委員有點「火」愛因斯坦。1922 年在正式宣布前,諾貝爾物理獎主席曾很婉轉地希望愛因斯坦能取消日本之旅:「你可能非常希望在 12 月來斯德哥爾摩,但如果你當時在日本,這將是不可能的。」但愛因斯坦竟然似乎不領情,也很婉轉地回說他在​​日本的演講是約定的、不能修改,因此「希望這只會延遲預期的邀請,而不是取消它…… 。」愛因斯坦曾經說過「一個人在長期思索神秘宇宙之美妙時,他已在尋找及發現的過程中得到了足夠的回報,因此他不應該再獲得慶祝個人成就的褒獎。」當愛因斯坦脫離苦海進入學術界成為教授時,他諷刺地告訴同事說:「所以,我現在也是妓女行會的正式成員。」儘管愛因斯坦似乎不重名利,但他似乎還蠻喜歡鎂光燈。

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當然還有許多其它猜測。例如龐加萊(Henri Poincaré)及洛倫茲也應該和愛因斯坦一起贏得狹義相對論諾貝爾獎;但龐加萊已死(1912 年),洛倫茲則不同意愛因斯坦之相對論的「時、空」觀點等等……真正的原因可能將永遠不得而知。

結論

愛因斯坦最終還是沒有得到相對論的諾貝爾獎,但下列物理學家則間接地因他而得福:1983 年, Subrahmanyan Chandrasekhar 因「恆星結構和演化具有重要意義的物理過程之理論研究」;1993 年,Russell Hulse 和 Joseph Taylor Jr. 因「發現了一種新型脈衝星,為重力研究開闢了新的可能性」;2011 年,Saul Perlmutter、Brian Schmidt 和 Adam Riess 因「通過觀測遙遠的超新星發現了宇宙的加速膨脹」;2017 年, Rainer Weiss、Barry Barish 、和 Kip Thorne 因「雷射干涉儀重力波觀測站(LIGO)探測器和重力波觀測的決定性貢獻」。

2015 年 9 月 14 日,雷射干涉儀重力波觀測站所偵測到的重力波不但被認為是黑洞相撞而產生的,也被認為是首次「測到」黑洞存在的證據。但真正提供第一個直接「視覺」證據應是 2019 年 4 月 10 日,麻省理工學院海斯塔克天文台(Haystack Observatory)利用「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope)所攝得的黑洞及其陰影照片。

2019 年 4 月 10 日,「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope)所攝得的黑洞影像。圖/wikipedia

重力波與黑洞均是廣義相對論的產物它們的發現肯定了廣義相對論在近代宇宙論中的地位。諾貝爾獎委員們似乎再也不能忽視這些實驗證據了,他們終於在去年(2020 年),將物理獎發給因「發現黑洞的形成是廣義相對論之有力預測」的數學物理學家彭羅斯(Roger Penrose),明確地指出是因為廣義相對論的研究!如果愛因斯坦泉下有知,應該可以偷笑吧?

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注釋

  • (註一)原名湯姆森(William Thomason),在物理學之熱力學第二定律的發展有非常重大的的貢獻;他認為宇宙最終將達到均勻溫度和最大熵的「宇宙熱死」狀態,不可能從中提取任何功(參見「時間的方向性」)。國際絕對溫度系統(Kelvin)依他的名字命名。
  • (註二)9月26日才出現在德國名雜誌「物理年鑑(Annalen der Physik)。
  • (註三)還好,因為數十年後,科學家發現因錯誤的補償測量中的誤差和愛丁頓關於天狼星 B的推測,才產生了「與相對論預測相符的結果」⎯事實上亞當斯當時所測得之天狼星 B重力紅移值比實際值小了四倍。 這又是愛因斯坦幸運的另一個例子(見「懂廣義相對論的第三者是誰」),因為測得的紅移與理論值之間的不符可能會損當時廣義相對論的接受度。波普爾(Daniel Popper)在 1954 年首次準確測量的白矮星重力紅移值才真的「與相對論預測相符的結果」。
  • (註四)參見「GPS的定位數學」。
  1. 量子統計的誕生」,1982 年 3 月號科學月刊。
  2. 乙太存在與否的爭辯」,2017 年 5 月號科學月刊。
  3. 太陽能與光電效應」,2013 年 4 月號科學月刊。
  4. 暗物質與暗能量」,2014 年 6 月號科學月刊。
  5. 愛因斯坦一生中最幸運的靈感–廣義相對論的助產士」,2021 年 3 月號科學月刊。
  6. 愛因斯坦的最大錯誤⎯宇宙論常數」,2011 年 12 月號科學月刊。
  7. 時間的方向性」,2016 年 2 月號科學月刊。
  8. 「GPS 的定位數學」,2008 年 12 月號科學月刊。在該文裡筆者「一時糊塗」沒想到另一「狹義相對論的時間膨脹」是不可以忽略的非「隨機」誤差,而錯誤地結論謂「因此可以完全忽略相對論效應,用絕對的時間與絕對的空間觀念來處理 GPS 的問題」。在「我愛科學」裡不但已經修正,也加討論了「廣義相對論的時間膨脹」。
  9. 我愛科學」(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版);本書收集筆者自 1970 年元月至 2017 年 8 月在科學月刊及少數其它雜誌所發表之文章編輯而成。
  10. 懂廣義相對論的第三者是誰
  11. 霍金和黑洞:霍金一生的追尋讓我們知道了哪些事?
  12. 愛因斯坦其實沒那麼神?
  13. 畢業求職碰壁,在伯爾尼專利局思索的愛因斯坦
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此獲有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪,IBM顧問研究化學家退休 。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲它轉載我的科學月刊上的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」。

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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

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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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缺席的普拉修,2008 年諾貝爾化學獎第 4 位得主 (3)
顯微觀點_96
・2025/03/13 ・3195字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

圖/顯微觀點

科學:一場每天進行的淘汰賽

在以錦標賽理論(tournament theory)運作的專門領域中,贏家獲得的獎勵將遠超出輸家,即使兩者的實際表現、累積貢獻僅有毫釐之差。就像奧運百米賽跑,0.005 秒決定了金牌與銀牌,只慢了 0.01 秒的第四名沒有資格出現在頒獎台。

諾貝爾獎、終身職制度、學術獎金、研究計畫的經費審核,也依照近乎贏者全拿的錦標賽理論運作。錦標賽制度在運動賽事中可以促進選手與隊伍不斷提高表現水準,但在科學領域呢?

諾貝爾獎作為額外的最高榮譽,嚴格維持其傳統限制(獎項最多由 3 人共享、僅頒發給在世者),許多傑出科學家成為遺珠,但這不阻礙他們在專業領域得到足以安心的資源,作出重要貢獻。

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2008nobel Prize Group Photo 2
2008 年,諾貝爾獎得主合照。左一為錢永健,左二為下村脩,左四為查菲。普拉修曾想像自己置身其中,並得到更光明的學術前途。Courtesy of Nobel Prize website.

但是,目標包含鼓勵尖端學術研究、探索重要問題的學術終身職制度與計畫審查系統,它們的錦標賽特質卻在普拉修身上呈現負面效果。

若說錦標賽模式的獎勵機制可以鼓勵科學家投入潛力豐厚的研究題材,以及努力實踐靈感的能力。那麼普拉修和查菲一樣,及早意識到能夠獨立發光的 GFP 是生物學研究的金礦,可以用來追蹤活體細胞中的基因與蛋白質表現。而且普拉修更早著手研究,優先踏上 GFP 基因轉殖的跑道。

「要是我們在普拉修完成 GFP 序列後馬上展開合作,他應該不需要離開伍茲霍爾。」
說起自己與普拉修在 1989 年到 1992 年之間的失聯,查菲如此猜測

查菲和錢永健之所以能夠找到普拉修,搶先實現 GFP 應用(當時有其他競爭團隊在研發細胞內的螢光標記),是因為當時網路快速發展,使美國國家醫學圖書館(NLM)的線上文獻查詢系統 Medline 在 1992 年進入大學圖書資訊系統,他們才能起身實踐靈感,唾手找到普拉修的最新研究。

就普拉修的運氣來說,網路卻發展得不夠快。在 1990 年代中期開始流行的電子郵件若早個幾年普及化,普拉修更可能維繫與查菲的合作,及時得到經費與GFP轉殖成果,並晉升終身職。

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當年普拉修的電話留言渺無回音,他以為查菲退出學術圈(查菲年輕時確實曾刻意遠離科學)。而查菲則猜測普拉修挫敗於GFP基因選殖,連個通知都沒有。在網路、電子郵件還不普及的 1990 年,要維持與合作者的聯繫需要付出更多心力與時間。通訊的困難與少許不足的人際積極性,導致兩年的延遲發表,讓普拉修耗盡研究經費與終身職的機會。

查菲的gfp線索筆記
查菲的 GFP 線索筆記,普拉修出現在右下區,線索的末端。他的前雇主科米爾、GFP 純化者下村脩(Shimomura)也出現在上方。查菲在回憶錄中說,這些線索引導他實現後來的成就。Courtesy of M. Chalfie

查菲團隊實現 GFP 基因轉殖的時候,實驗室裡甚至連一台螢光顯微鏡都還沒添購,他們必須和其他學者借用、排隊等候系所共用的共軛焦顯微鏡,才能觀察大腸桿菌與線蟲體內新生的螢光。後來,查菲多次要求顯微鏡供應商帶螢光顯微鏡來提供「試用」,團隊才得以更便利地檢驗轉殖成果。

GFP 的應用需求,大力刺激光學顯微技術的進展。它最早期的轉殖實驗成果,竟是由免費試用的螢光顯微鏡呈現。這聽起來是令人莞爾的科學史軼聞,但能夠靈活周轉的人脈、儀器,也是孤立的普拉修和著名大學教授查菲的學術資本落差之一。

透過改變訓練技巧與累積訓練量、最大化優勢、競賽當下的意志與觀察力,運動員偶有逆轉資本落差的機會,以黑馬之姿獲勝。但是在學術領域,研究題材的重要性與個人的才華、執行能力卻不像跑道上的衝刺秒數一樣清晰。

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「他們大可以把我從諾貝爾獎名單去掉,換上普拉修。」
查菲總是對媒體表示,普拉修的貢獻不可忽視

在科學這個由同儕評價定勝負的錦標賽中,多數科學家難以逆轉經費、人脈等資本差距,也很難讓不同領域的專家了解自己的研究重要性,只能努力支撐、累積資本,期待自己贏得經費與知名度的時刻。等待運氣與環境好轉的餘裕,得以截長補短的經濟與社會資本,卻正是學術領域錦標賽中多數年輕科學家所缺乏的。

落敗的運動員至少獲得在競賽中表現的機會,以及某個程度的肯定。論文發表日期稍微落後競爭對手的科學家,則連努力被看見的機會都非常稀少。

普拉修與諾貝爾化學獎失之交臂、鬱鬱不得志的職涯是段引人喟嘆的個人史,並非科學體系的挫敗。他只是科學錦標賽持續依照慣例淘汰的諸多優秀人才中,有幸被贏家們提及的一位。

比普拉修年輕一歲,學術晉升之路卻順暢許多的錢永健曾說,「下村脩和普拉修對 GFP 研究的貢獻是無可取代的。」而且在普拉修 1992 年發表 GFP 基因的純化與定序,並且樂意對任何人分享之後,

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「後面那些以研發 GFP 獲得榮譽的人,與其他人的不同可能只有些微的進度落差。」

錢永健在 2004 年至 2008 年之間,積極地建議諾貝爾獎委員會頒獎給下村脩與普拉修,但結果並非如此。

生命中的萬花筒 陳樂融
源自錢永健開發的多種螢光蛋白,形成 brainbow 技術。作品名:生命中的萬花筒,作者:陳樂融 Courtesy of Taiwan顯微攝影競賽

後續發展

普拉修從斯德哥爾摩回到亨茨維之後,受到包括國家公共廣播電台(National Public Radio)、《科學》期刊、亨茨維時報等美國媒體關注。但在訪談與報導的熱潮過後,普拉修依然坐困時薪 8.5 美元的豐田接駁車裏頭。

從諾貝爾頒獎典禮的輝煌榮譽,回到乏味、有時不受尊重的駕駛座上,失落的普拉修不敢相信自己依然找不到科學研發相關的工作。他喪氣地想,「經歷了這一切,我竟然還是沒有辦法回到科學領域。這中間一定出了什麼錯。」

在最憂鬱的那天,普拉修一度把接駁車停在路邊,撥號向亨茨維自殺防治熱線求助。過不多時,他在 2010 年找到科技研發的職位,2012 年他接受錢永健的提議,進入他的實驗團隊擔任研究員。重新在一個充滿支持與資源的環境投入科學研究,讓普拉修再度感到生活的動力與快樂。

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2016 年錢永健逝世,實驗團隊解散,而普拉修在前一年就已離開 UCSD,從此沒有留下任何公開痕跡。曾被自殺防治熱線的機械式留言激怒到啞然失笑,決定繼續活下去的普拉修今年已經 73 歲,科學錦標賽的勝負再也不能困擾他,但科學思考帶給他的樂趣或許能夠不斷更新。

Prasher In Ucsd
普拉修在錢永健實驗室的照片。讓他對人生更加滿意的不是體面的加州大學聖地牙哥分校制服,而是可以實現對科學的好奇與想像,並得到周遭的支持。Courtesy of San Diego Union Tribune

延伸閱讀:

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缺席的普拉修,2008 年諾貝爾化學獎第 4 位得主 (2)
顯微觀點_96
・2025/03/06 ・2645字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

圖/顯微觀點

科學遠見的現實基礎

儘管 GFP 基因定序研究在 1992 年受到查菲和錢永健重視,普拉修卻已經決定轉換跑道,停止在伍茲霍爾海洋研究所的苦悶掙扎。他向所內評審委員會提出中止審核,放棄晉升,並將在一年內離職。

延伸閱讀:缺席的普拉修,2008年諾貝爾化學獎第4位得主(1)

當普拉修把查菲和錢永健要求的 GFP 基因樣本送到,他一面感到終結的哀傷,一面認知到「不問報酬地把 GFP 基因交棒給其他人,是當下最合理的選擇。」尤其是像自己這樣使用公共經費進行研究的學者。

除了對社會的責任感,普拉修也意識到學術現實面,研究資源充沛的成功學者,更有機會實現GFP的潛力。在知名大學任教的查菲和錢永健已在各自領域中奠定名聲,更容易申請經費。而且他們可以用既有經費支應 GFP 轉殖實驗的開銷,不需要特意申請高門檻的 GFP 獨立經費,更不會落到像普拉修一樣,經費耗盡還慘澹經營 GFP 基因選殖一整年。

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此外,查菲和錢永健還有研究生和博士後研究員的充沛學術勞動力,而普拉修則總是獨力進行所有研究勞動。孤立、勞累而缺乏成就感,普拉修沒能成功以綠色螢光照亮細胞生理,也無法驅散他自己周遭的職業陰霾。

查菲能在 1992 年重新連繫上普拉修,是因為查菲向研究生尤斯克亨(Ghia Euskirchen)感嘆,普拉修從未回報 GFP 的基因選殖成果,或許是個難以成功的任務。

查菲與完成第一個線蟲螢光基因轉殖的四人團隊 1
查菲回憶錄中列出為 GFP 基因轉殖技術做出巨大貢獻的四人團隊,左上為普拉修,右上為尤斯克亨,下方兩位是接替尤斯克亨進行 GFP 轉殖實驗的技術人員。Courtesy of M. Chalfie

尤斯克亨當下便和查菲一起打開實驗室電腦,用剛安裝的線上論文資料庫 Medline 搜尋相關文獻。他們不可置信地在搜尋結果第一位看見普拉修的 GFP 基因選殖論文,接著飛奔到圖書館尋找實體期刊,在上面找到普拉修的電話,重新建立聯繫。

在查菲的指導下,尤斯克亨只花一個月就完成了大腸桿菌的 GFP 轉殖,成為第一個螢光轉殖生物的拍攝者。接著,查菲團隊順利地讓線蟲的神經細胞表現綠色螢光,證明 GFP 可以在不同生物體內獨立發光,無須其他來自水母的分子。微觀生物學的未來一片光明。

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199210.14 第一張螢光大腸桿菌照片
1992 年 10 月 14 日,尤斯克亨拍下第一張螢光大腸桿菌照片。當時查菲還沒準備好觀察成功轉殖的螢光樣本,尤斯克亨只好到以前待過的實驗室借用螢光顯微鏡。Courtesy of M. Chalfie

錢永健則是透過與同儕的討論,知道生命科學仍然缺乏合適的螢光標記蛋白,進而在 UCSD(加州大學聖地牙哥分校)新安裝的 Medline 資料庫上搜尋「綠色螢光蛋白」,驚訝地發現普拉修的論文摘要。和查菲一樣,錢永健衝進圖書館影印實體論文,並馬上連繫普拉修,比查菲更早確保 GFP 基因序列的樣本。

查菲團隊轉殖 GFP 的同時,錢永健團隊建構出多種 GFP 變異體,人類開始以不同螢光蛋白觀察細胞內部運作。兩個團隊的成果啟動了學術界和生技產業洪流般的關注與需求,錢永健團隊甚至設立了自動化的樣本供應網頁,只要填寫線上申請書,錢永健實驗室就會無償將螢光蛋白基因載體寄送到府。

值得一份晚餐,或是更多

接下來的十多年,GFP 相關蛋白照亮細胞內的奧秘,成為「生化研究的領航星」,並帶領研發者邁向諾貝爾化學獎。而捨棄 GFP 研究的普拉修,則像是失去指引一般,不僅沒能獲獎,更經歷了顛簸困頓的人生苦旅。

離開伍茲霍爾海洋研究所,普拉修在美國農業部轄下獲得分子生物學技師職位。在政府機構經歷職場摩擦、調職搬遷,使緊繃難熬的氣氛瀰漫普拉修全家之後,他前往亨茨維應徵 NASA 承包商的工程師職缺。在火箭城研發太空診斷器是讓普拉修覺得相對有趣的任務,經費短缺卻再次扼殺了他的期待。

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NASA 在 2006 年裁減生命科學研究經費,普拉修因此被裁員,轉而成為接駁車司機。他在駕駛座上友善健談,意外發現自己其實喜歡工作中和陌生人互動的部分。但是 8.5 美元的時薪讓他入不敷出,連他和查菲共享的 GFP 專利金都在幾年內消耗殆盡。

1994 F Science Gfpcover
1994 年 2 月 11 日發行的《科學》採用查菲團隊的 GFP 線蟲做為期刊封面,象徵螢光蛋白普照分子生物學的光明時代開端。此圖片也收錄在查菲的 GFP 回憶錄《點亮生命》(Lightung Up Life)中。相反的是,普拉修的生涯似乎始終不被綠色螢光照耀。Courtesy of M. Chalfie

儘管事業成果的對比相當符合美國媒體對「不公平」題材的嗜好,普拉修不曾在訪談間表現對查菲和錢永健的嫉妒。

2008 年 10 月 8 號早餐之前,普拉修聽到三位科學家因為 GFP 獲得諾貝爾化學獎,他若無其事地換上灰色制服前往公司開車。不過,上班前他打了通電話到當地電台,糾正他們對錢永健姓氏的發音。

查菲和錢永健在諾貝爾獎致詞與回憶錄中,不約而同地感謝普拉修的研究貢獻,錢永健更經常提供普拉修回到學術領域的工作機會。不願接受研究職位作為恩惠、從斯德哥爾摩回到亨茨維開接駁車的普拉修則笑說「如果他們來到亨茨維,該請我吃頓晚餐。」

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「他們總是有提到我的功勞,而且他們有傑出的科學事業,完成重大貢獻之後,繼續發展他們傑出的科學事業。」普拉修一向對媒體表示,查菲和錢永健是更值得諾貝爾獎的人選,而非中輟離開科學領域的自己。

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發源於 GFP,透過多種螢光蛋白混雜表現而成的 brainbow 技術,是研究生物修復傷口、更新組織時的重要工具。作者: Marco de Leon from Taiwan 顯微攝影競賽

但是,普拉修並非真正「離開」科學領域。他結束 GFP 研究後,不論在政府機構或私人企業,依然從事超過十年的科學相關工作,並作出實際貢獻。相對於逃離科學,他其實是被不理解 GFP 潛力的終身職審查委員會給排除,被迫離開「高賭注的尖端學術領域」(high-stakes academic science)。

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