人與黑猩猩的心智，在《想像的力量》

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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動物有自我意識嗎？

動物有自我的意識嗎？這是很有意思，卻難以捉摸的問題。如果可以跟動物溝通，直接問牠們就好：

「你好，請問你認識自己嗎？」

「……」（毫無反應，如同一隻動物）

偏偏目前沒有智人有能力問這種問題，或是能理解動物的回答。

要試探動物的自我認知，研究者常用的一種作法是「鏡子測試」，它比較正式的全名是「鏡像自我認知測試（mirror self-recognition test）」。基本概念不算複雜，就是把動物放在鏡子前面，觀察動物是否能認出鏡子中的投影是自己，而不是別人。

鏡子測試的標準極為嚴苛，至今通過的動物種類非常稀少，只有黑猩猩、亞洲象、瓶鼻海豚、喜鵲區區幾種。根據嚴格的判斷標準，一般我們覺得「聰明」的動物，像是貓、狗，甚至是和人類差異沒有太遠的猴子，都無法通過。

然而，新近發表的研究報告，有種 10 公分左右的小魚：裂唇魚（cleaner wrasses，學名 Labroides dimidiatus），靠著小小的腦袋，竟然通過了鏡子測試！這是怎麼回事？

• 狗在鏡子前認不出自己，竟然有魚類可以！？

替黑猩猩量身打造的鏡子測試

要了解鏡子測試，各位讀者首先要有的概念是：鏡子測試很不好用。

這款由加魯普（Gordon G. Gallup）在 1970 年提出的實驗，一開始是為了研究黑猩猩有沒有自我認知，因此整套實驗都是以黑猩猩的特質量身打造。

測驗方法說明這裡引用 wiki：

「在動物身上標上兩個無味的顏料斑點。測試斑點被置於動物身體上，在鏡中可見的部分，而對照斑點則放在動物身體上，可觸及但不可見的地方……意識到測試斑點是在自己身上，而同時忽視對照斑點」

所以鏡子測試的適用範圍，受到許多限制：

受測動物視覺上看不見，不行。
沒有肢體可以標記，或人類無法判斷反應，不行。
太懶就是不愛動，即使有意識也不反應，不行。
北京反對，這個沒差。
動物太害羞，不習慣看別人，不行。

偏偏黑猩猩對鏡子的反應超級好，輕而易舉就通過了測試（有些黑猩猩甚至平時就很愛照鏡子），害得動物行為學家擺鏡子試探其他動物的時候，常常難以判斷，牠們在鏡子旁邊摸來摸去，到底是不是真的看到自己！

• 延伸閱讀：黑猩猩為什麼跟人一樣，會互相幫助？

幫小魚訂做改版測試

鏡子測試是根據黑猩猩量身訂做，用在生理構造類似、屬於靈長類的近親倒還好，但其他哺乳類就比較麻煩了，更別說要延伸到鳥類、爬蟲類，甚至水中的魚類，實在是愈來愈不簡單。

很多動物其實不是無法通過測試，而是根本想不到怎麼做實驗。

幸好裂唇魚相對容易。這種小魚平時生活在大魚身邊，吃大魚的寄生蟲或屑屑，因此又叫作清潔魚，或魚醫生。它們日常與同儕的互動還算頻繁，有社交，就比較有機會擁有自我意識。更重要的是，這種魚愛乾淨，身上沾到東西會清潔身體，是個智人能判斷的明顯反應。這些特徵，使得它們適用於改版後的鏡子測試。[1][2]

裂唇魚並不能立刻就通過水中版的鏡子測試，要先經過一系列前置準備。

首先，先把鏡子放在魚身邊，多數魚會把自己的鏡中投影視為敵人，發動攻擊，經過 7 天才會完全停止。

• 攻擊鏡中自己的魚：

隨後幾天，習慣鏡子的裂唇魚，在能見到鏡子的時候，會有一些沒有鏡子時不會出現的行為，例如游泳時上下翻轉身體。其實之前已經有另一種魚：蝠鱝（manta rays），也能達到這個階段，研究者卻想不到辦法繼續進行標記測驗。

• 游泳時身體上下翻滾：

接著，不再攻擊鏡子的魚，會增加待在鏡子旁邊的時間。
經歷 2 個星期準備，到達此一階段，裂唇魚的標記測驗才能正式開始。

第一種通過鏡子測試的魚類！

裂唇魚的標記方式，是麻醉後皮下注射橡膠顏料，再把恢復的魚放在鏡子旁邊。

如果被注射魚眼可見的棕色顏料（不同魚標記在不同部位），旁邊又有鏡子，那麼它會照鏡子發現身上的異物，然後做出一些摩擦動作（scraping behavior），試圖把身上的髒東西除掉。假如沒有鏡子，則不會有清潔行為。

• 試圖靠摩擦清潔臉部顏料的魚：

• 試圖靠摩擦清潔喉部顏料的魚：

作為對照，研究者也用視覺不可見的無色顏料標記；而這組的魚即使身邊有鏡子，卻沒什麼清潔行為。表示身上有標記的魚，確實是「在鏡子中看到自己」，才引發後續的行為反應。

論文由此判斷：裂唇魚成為第一種通過鏡子測試的魚類！

問題是，一開始設計給黑猩猩的實驗，如今有魚類通過，就等於小魚也跟黑猩猩有一樣的自我意識嗎？畢竟，辨識鏡子中的形象，貓不行、狗不行、猴子不行，全長 10 公分的小腦袋小魚竟然辦到了？

論文宣告發現後，並沒有下定論，而是希望促進大家討論討論，到底鏡子測試是不是衡量動物行為的好辦法？

德瓦爾真的很嚴格：魚沒有通過，還差一點

說到動物行為學，不可忽視德瓦爾（Frans de Waal）這號人物，論文旁邊也刊出他對新研究的評論。他現年 70 歲，是此一領域教父級的人物，在 1982 年出版的《黑猩猩政治學》，當時看來驚世駭俗，如今卻證明德瓦爾的前瞻眼光。

論文宣稱，裂唇魚通過了鏡子測試的每一項標準。德瓦爾卻不夠滿意，他認為小魚並沒有通過鏡子測試，但是只了差一點。[3]

德瓦爾真的很嚴格。他指出，之前通過鏡子測試的動物，見到鏡中自己時，會出現「前所未見」的反應；然而，裂唇魚清潔身體的反應，卻是本來就有的行為模式，證據不夠力。

另一方面，魚的標記方法是注射橡膠色素，是個生理上的額外刺激。見不到顏色，對鏡子沒反應，表示光有生理刺激是不夠的；但是能見到顏色，對鏡子起反應的魚，刺激卻也存在。也就是說，裂唇魚對鏡子有反應，或許是視覺加上生理刺激的效果，不單純是視覺。如此，不能算是真正通過鏡子測試。

即使如此，德瓦爾仍然認為裂唇魚達到猴子的等級。猴子無法單靠視覺，直接認出鏡中的自己，但是假如視覺再加上體感，猴子也能通過（德瓦爾稱作「Felt Mark test」）。德瓦爾主張，小魚也符合此一標準。

我們有聰明到，能知道動物多聰明嗎？

不管小魚有沒有通過鏡子測試，這個案例都能讓我們體會，用鏡子測試評估動物意識，即使不算太糟糕，也是相當侷限的方法。適用範圍受限以外，通過標準也太過嚴苛，嚴苛到幾乎失真。

以猴子來說，至今仍沒有吱吱能完全通過鏡子測試，而這卻不等於猴子缺乏自我意識。

證據是，假如不擺鏡子，換成另一位陌生的吱吱，受測猴的反應將完全不同；猴子也許無法認出鏡中那個是自己，卻分得出不是陌生猴。如此能說吱吱沒有自我意識嗎？

德瓦爾其實對鏡子測試很不滿意，在 2016 年的《你不知道我們有多聰明：動物思考的時候，人類能學到什麼？》書中花了不少篇幅批判。他認為，用演化的角度思考，自我意識應該是漸進式的衍生，親緣關係類似的動物，彼此間應該是如光譜般的程度高低之別，而不是二分法的有或無。

比方說，喜鵲通過鏡子測試，表示這種鳥類的自我認知非常強烈。而與喜鵲遺傳關係接近，生活環境也類似的鳥類，就算無法通過測試，其實多半也該具備相當的自我意識，只是沒有喜鵲那麼強烈（類似黑猩猩與猴子之類的關係）。

過去的動物行為學研究，傾向把自我意識的出現視為「大霹靂」，大部分動物不存在，只有在少數特殊的物種出現，這卻不太符合演化的道理。而鏡子測試標準嚴苛，只有自我認知很強烈的動物能夠通過，又僅能代表特殊的狹隘情境，也助長了這股風氣。

更基本的問題是，就算腦袋最簡單的動物，怎麼可能不「認識自己」？想想看，一隻兔子，假如無法意識到自己在環境中的相對位置，下場將不是撞死就是被吃掉，還能活到把基因傳承下去嗎？因此，每一種動物應該都有自己認識世界，定位自我的方式，才能順利繁衍至今，只是動物往往跟智人的經驗差異太大，使得我們無從理解。

每一種動物都有自己的演化歷史、生存環境。德瓦爾主張，我們不應該繼續以智人的主觀標準，由動物與人的相似程度，評判動物有多聰明，而是應當改為站在動物的立場，設身處地理解它們的處境，如此才能真正了解動物的行為。

當然，受限於生物間的隔閡，智人永遠不可能真正讓自己變成其他動物，如同各種動物一般思考。不過，若要認識在不同環境中演化出的動物行為，從各種動物本身的角度出發，將是比較客觀的方向。

延伸閱讀

• 我們真的知道動物有多聰明嗎？《你不知道我們有多聰明》導讀
• 你嘛幫幫忙！黑猩猩也懂利他主義？
• 當你模仿黑猩猩時，黑猩猩也在模仿你──2018搞笑諾貝爾人類學獎

參考文獻

1. Kohda, M., Hotta, T., Takeyama, T., Awata, S., Tanaka, H., Asai, J. Y., & Jordan, A. L. (2019). If a fish can pass the mark test, what are the implications for consciousness and self-awareness testing in animals?. PLoS biology, 17(2), e3000021.
2. Do fish recognize themselves in the mirror?
3. de Waal, F. B. (2019). Fish, mirrors, and a gradualist perspective on self-awareness. PLoS biology, 17(2), e3000112.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

荷蘭的靈長類動物學家德瓦爾(Frans de Waal)，對一群生活在荷蘭阿納姆(Arnhem)動物園內獨立棲地的黑猩猩，觀察並研究他們的社會生活與行為，寫出這本《黑猩猩的政治》，描述這群黑猩猩爭權奪利的現象及其機制。原來，在黑猩猩社會中，也有政治活動。政治，並非專屬於智人的社會產物，可能早已存在於數百萬年來的人科動物中。政治的起源，比人類更古老。

閱讀全文，請見：政治的起源，比人類更古老：讀《黑猩猩的政治》| 張清浩律師的部落格。