富者越富，為什麼？

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」。

進一步了解商品：https://shop.amway.com.tw/products/2071?navigationType=brand&

現代的科學研究不能自己關起門來，要把結果寫成論文發表；而公開發表的論文，可以再被引用。發表與引用，構成現代科學體系的基礎。

同樣研究科學，不同科學家被引用的數量卻明顯不同，但是具體狀況不容易釐清。一項研究指出，被引用數最多的前 1% 科學家，占總引用數的比例，高達 21%。

論文被引用數，前 1% 精英占 21%

如今每年新發表的論文超過一千萬篇，分析發表與引用行為很不容易。這項研究由科睿唯安 (Clarivate) 公司的資料庫「Web of Science」（簡稱 WoS）取材，分析從公元 2000 年開始到 2015 年，約 400 萬位作者的 2600 萬篇論文，探討引用狀況。

最近幾年新發表的論文，由於累積時間太短，不適合和 10 年前發表的論文相比，因此被比較的年份只到 2015 年為止。考量到資料可靠度，只有發表過 5 篇以上論文的作者，才被納入分析。

所有作者的前 1% 可謂「精英」。分析結果是，

2000 年那時，精英占所有引用的比例為 14%，接著逐漸上升，到 2015 年時提高為 21%。

上升的趨勢在 2010 年之後大幅提升，也就是說少數精英，獲得更高比例的引用。依照不同領域拆開分析，導致明顯增加的似乎只限於物理和天文，扣掉這兩個領域，其他領域算是緩緩提高。

物理和天文精英，從十年前開始存在感大幅增加。有個可能原因是，那時候起有些大規模合作計畫的論文發表，像是大型強子對撞機。這類論文發表後被極大量引用，也讓參與計畫的論文作者們存在感大增。

由一系列分析推論，15 年來科學界整體合作的程度持續增加，少數精英被引用的比例也持續提高。

被引用的前 1% 精英，多數任職於美國和英國的名牌單位，例如美國的哈佛大學、史丹佛大學；但是和 15 年前相比，美、英微幅下跌。相對地，西歐和澳洲增加較多，如荷蘭的萊登大學、澳洲的墨爾本大學。

值得注意「學術財富」不均的影響

有件事值得注意。這項研究只考慮發表超過 5 篇論文的作者，也就是說，只有 1 到 4 篇論文，博士畢業後便離開學術界，投入智庫、政府單位、產業界等其他行業的研究者會被忽略。

目前學術發表體系中，上述人士應該也有不少貢獻；具體而言，WoS 資料庫中高達 70% 作者的發表數未滿 5 篇，所以被這回的研究排除。很多人各自發表少數論文，忽略他們，會使得引用看起來更加集中在，極少數精英中的精英。

一個社會的大部分財富，集中在少數人身上是正常的，但是如果集中的趨勢大幅增加，加深貧富差距，往往會衍生出一些問題。

論文的被引用數，可謂科學家創造的「學術財富」，學術財富集中於少數人的趨勢不斷增加之下，會對科學研究造成危害嗎？

不知道。根據已知資訊，少數人不成比例地獲得大量引用，而且持續增加，是確定的事實。此一趨勢將帶來哪些負面、正面結果，或是沒什麼影響，將是值得關注的問題。

延伸閱讀

• 如何寫好論文？學習好萊塢拍電影！
• 評價頂尖研究的自然指數，台灣大幅跌落
• 多少論文發表後，從來沒有被引用？
• 論文影響指數將排除33個期刊，它們都罪有應得？

參考資料

1. Global citation inequality is on the rise
2. ‘Elite’ researchers dominate citation space

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。

從商品資本主義到智慧資本主義

目前為止，我們只問到，科技如何影響到資本主義運作的方式。但是高科技進步所創造的混亂，又如何影響到資本主義的本質？這個革命所創造出來的混亂可以摘要成一個觀念：從商品資本主義（commodity capitalism）轉移到智慧資本主義（intellectual capitalism）。

史密斯時代的財富是以商品來衡量。商品的價格會浮動，但平均的商品價格在過去一百五十年以來，一直穩定地下降。今天，你吃的早餐，一百年前英格蘭國王還吃不到。世界各地的異國珍饈現在則慣常地在超市銷售。商品價格的下跌有種種原因，例如較佳的大規模生產、貨櫃運輸、船運、傳播和競爭。

例如，今日的高中生很難理解，為什麼哥倫布要冒著生命和肢體的危險，去發現一條通往東方的較短香料貿易航道。他們問：為什麼他不直接去超市購買，並拿一點奧勒岡葉（一種可用於調味的香草）？但是在哥倫布的時代，香料和草藥非常昂貴。它們之所以有價值，是因為在那個沒有冰箱的年代裡，這些香料可以掩蓋腐敗食物的味道。有時連國王和皇帝都得以腐壞的食物當晚餐。那時沒有冷凍車、貨櫃或船來越過大洋運輸香料。那就是為何這些商品如此有價值，以致哥倫布為了取得它們而賭上性命—雖然它們現在便宜得要命。

取代商品資本主義的是智慧資本主義。智慧財產所涵蓋的剛好是機器人和人工智能所無法提供的—模式辨識和判斷力。

如同麻省理工學院經濟學家萊斯特．瑟羅所說：「今天知識和技能已經獨立，成為競爭優勢的唯一來源……矽谷和一二八號公路（在波士頓地區）會在那裡，只不過是因為人才在那裡。除了人才，他們不為別的。」

為什麼這個歷史性的轉移動搖了資本主義？很簡單，人類的頭腦無法大規模生產。當硬體可以大規模造並銷售時，人類的頭腦不能。也就是說，人們的判斷力將是未來的貨幣。不像其他商品，要創造智慧財產，你必需培養、磨練和教育人類，而那需要數十年個別的努力。

如同瑟羅所說：「所有的其他東西都從競爭方程式中掉落，只有知識成為長期永續的競爭優勢來源。」

例如，軟體將會逐漸變為比硬體重要。當電腦晶片價格繼續下降，它將以貨車計量。但是軟體必需以老舊的方式創造，由人以紙筆，靜坐在椅子上寫出。例如，儲存於你的手提電腦的檔案，其中可能包含有價值的計畫、手稿和資料，那些可能價值數十萬美元以上，但是手提電腦本身僅值數百美元。當然，軟體很容易被複製並大量製造，但新的軟體的創造卻無法如此。那需要人類的思想。

依據英國經濟學家哈米許．馬克雷所說：「一九九一年，英國成為第一個從無形出口（服務）賺到的比有形出口多的國家。」

數十年來，美國經濟來自製造業所占的比率大幅下降，與智慧財產相關的部門（好萊塢電影、音樂事業、電玩、電腦、電信等等）卻在激增。這種由商品資本主義到智慧資本主義的轉變是漸進的，由上個世紀就已開始，但每隔十年就會加速。瑟羅寫道：「在依據通貨膨脹調整以後，從一九七○年代到一九九○年代，自然資源的價格下降了百分之六十。」

某些國家了解這一點。日本在戰後時代的教訓可供參考。日本並無很多的天然資源，但它是世界最大經濟體之一。日本今日的財富，是工業化和人民團結的證明，而不是來自腳下的財富。

不幸地，許多國家並未掌握這個基本事實，也未替他們的國民的未來做準備，反而主要依賴商品。這意味著擁有豐富天然資源的國家，若不了解這個道理，未來將會陷入貧困。

數位差距？

有一些責難資訊革命的聲音認為，在「數位富有」和「數位貧窮」之間（也就是那些能夠接觸到電腦的力量的人和接觸不到的人），我們將會有一個日益擴大的缺口。他們聲稱，這個革命將會擴大社會的斷層，打開新的、將會撕裂社會的貧富懸殊和不平等。

但這只是一個真實問題的狹隘觀點。在電腦運算力每隔十八個月就會倍增的過程，連貧窮兒童也會有機會接觸電腦。同儕壓力和低廉價格，已經對貧窮兒童使用電腦和網路產生激勵。曾有一個教育方案，是提供經費為每一個教室購買一台手提電腦。雖然有良好的意圖，但這個計畫廣泛被認為失敗。第一，手提電腦往往待在角落，未被使用，因為老師往往不知如何使用它。第二，多數學生只是繞過教室的手提電腦，已經與朋友們一起在網路上遊戲了。

問題不在接觸的機會。真正的問題是工作。就業市場正遭遇歷史性轉變，未來會繁榮興盛的國家將是那些能夠取得這個優勢的國家。

對於發展中國家，策略之一就是利用商品建立健全的基礎，然後以那基礎為跳板，轉移到智慧資本主義。例如，中國已經成功地採納這個兩步驟的過程：中國人建立成千上萬工廠，為世界市場製造產品，但他們用獲利去創造建立在智慧資本主義的服務部門。在美國，主修物理學的博士生，有百分之五十出生於外國（主要是因為美國本身並未培育足夠的優質學生）。這些外國出生的博士生中，多數來自中國和印度。這些學生中，有些回到他們的母國，去開創全新的企業。

入門級工作

這個轉移的受害人之一將是入門級工作。每一個世紀都會引進導致經濟和人民生活的扭曲和錯亂的新技術。例如，在一八五○年，百分之六十五的美國勞動力被迫在農場工作。（今天，只有百分之二．四。）這個世紀也會這樣。

在十九世紀，新一波的移民湧進美國，那時它的經濟速成長，足以吸納他們。例如在紐約，移民可以在服裝工業或輕工業找到工作。在成長的經濟中，不論教育程度如何，任何願意認真工作的工人，都能找到事情做。那就像是一個輸送帶，從歐洲的貧民窟帶來移民，將他們塞進美國繁榮的中產階級中。

經濟學家詹姆斯．格蘭特（James Grant）曾說：「手與心從田野長期地遷移到工廠、辦公室和學校，都代表生產力的增長︙︙技術的進步是現代經濟的堡壘。當然，過去二百年來都這這樣。」今天，這些工作中很多都不見了。還有，經濟的本質也改變了。許多入門級的工作被尋求廉價勞工的公司送到海外。而工廠中舊有的製造工作早就不見了。

但這中間也有很多令人啼笑皆非的情況。多年來，很多人要求公平競爭，沒有偏好或歧視。但如果工作能夠一按鍵就輸出，這個公平的環境現在延長到中國和印度。所以，以往扮演輸送帶，進入中產階級的入門級工作，可以外銷到其他地方。這對海外的工人是好的，因為他們可以受益於公平競爭，但卻造成美國都市貧民區的空洞化。

消費者也會由此受惠。如果有全球性競爭，產品和服務變得較便宜，發貨較有效率。如果只是試圖扶持過時的企業和待遇過高的工作，會造成自滿、浪費和無效率。補貼失敗的行業只會延緩不可避免的事情發生，延遲崩潰的痛苦，事實上也會使事情更糟。

（全文未完）

摘自《2100 科技大未來》第七章〈財富的未來〉。本書由時報出版社出版，為2012年11月PanSci選書。