飛碟的牽引波成真！？不過是水中版的拉～

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

• 作者｜Albert Einstein, Leopold Infeld
• 譯者｜王文生

雖然沒有任何實際參與流言散布的人真的在兩個城市間旅行，來自倫敦的小道消息，很快地傳到了愛丁堡。這個過程，涉及兩種截然不同的動作，一種和流言本身有關，從倫敦到愛丁堡；另一種，則要歸咎散播流言的人。一陣風吹過麥田，帶起一道穿過整片田地的麥浪。這一次，我們還是要分清楚波的運動，以及個別植物的運動之間的差異。植物只是稍稍晃動而已。我們曾經看過，把石頭丟進池塘中，水波的圓越來越大，藉此傳播出去。

波的運動方式，和水粒子的運動方式相當不同。水粒子只是上下運動。我們觀察到波的運動，是物質的狀態變化，物質本身並不是波。

從水面上的一顆軟木塞就能清楚地見到這個現象。軟木塞上上下下的動作，和水實際上的運動類似，它的運動不是波造成的。

為了深入了解波的機制，我們再來考慮一項思想實驗。假設在一個足夠大的空間裡，均勻地被水、空氣，或其他種「介質」填滿。空間的中央處有一個球體。實驗開始時，沒有任何運動。突然，球體開始規律地「呼吸」，體積擴張，然後縮小，在此同時維持球狀的外表。介質會發生什麼變化？我們從球體開始擴張的瞬間開始分析。緊鄰球體的粒子被推開，導致周邊一層球殼狀的水，或是空氣的密度上升，高於正常值。經由類似的過程，球體縮小時，緊鄰球體介質的密度下降了（下圖）。組成介質的粒子只是微幅振動，但是，整體的運動卻是一個行進的波。基本上，我們現在正踏入全新的領域，第一次考慮物質以外的運動，也就是經由物質傳遞的能量產生的運動。

以脈衝球體為例，我們可以導入定義波的性質時相當重要的兩項普通物理觀念。首先是速度，描述波的傳遞。它和介質有關，例如，波在水和空氣的傳播速度不同。其次是波長 (Wave Length)。在海上或河流傳遞的波，它的波長是從一個波到另一個波距離，或是一個波峰到另一個波峰的距離。因此，海上的波相較於河裡的波具有較大的波長。至於脈衝球體產生的波，波長是在某個固定時間點，兩個密度最大或最小的相鄰球殼之間的距離。很明顯，這個距離不會只和介質有關，脈衝球體縮放的速度顯然對波長有不小的影響。縮放的速度越快，波長越小；縮放速度越快，波長越大。

波的觀念在物理學取得巨大的成功。

波是力學的觀念，這點無庸置疑。波的現象被簡化為粒子的運動，而且根據動力學理論，粒子由物質組成。因此，所有用到波的觀念的理論，一般來說都能視為力學理論。比方說，聲學現象的解釋，基本上建立在波的觀念。物體的振動，像是聲帶和琴弦，是聲波的來源。聲波在空氣中的傳遞模式，和脈衝球體波相同。如此一來，將所有聲學現象透過波的觀念簡化為力學是可能的。

前面已經強調過，我們得清楚地分辨粒子的運動和波的運動，後者是介質的一種狀態。兩種運動差異不小，但是，在脈衝球體的例子，兩種運動顯然發生在同一條直線上。介質粒子在一條短線段上振盪，隨著振盪運動，介質密度週期性地增加和減少。波傳遞的方向，與振盪發生的直線的方向，兩者相同。這種類型的波，稱為縱波 (Longitudinal wave)。但是，波只有這一種形態嗎？為了接下來的討論，我們必須認知到另一種類型的波存在的可能性，稱為橫波 (Transverse wave)。

我們調整一下先前的例子。現在依然有一個球體，但是它浸在一種膠狀介質裡，不是空氣，也不是水。此外，球體不再是縮放，而是朝一個方向旋轉一個小角度，再轉回來。旋轉的節奏是固定的，轉軸也不變。膠狀介質附著在球體周遭，被迫以相同的方式運動（下圖）。一部分的力作用在稍微遠一點的地方，造成該處產生相同的運動，如此一來，介質中就產生一個波。如果我們留意到介質的運動與波的運動之間的差異，會發現它們並不是發生在同一條直線上。波沿著球體的直徑方向傳播，而介質的運動則和這個方向垂直。以此方式，我們造出一個橫波。

在水的表面傳遞的波是橫波。漂浮的軟木塞上下浮動，水波則沿著水平面傳遞。另一方面，聲波則是我們最熟悉的縱波範例。

還有一點：脈衝的球體和震動的球體，在同質的均勻介質中製造的是球形波。這是因為在任意時間點，任何圍繞著球體的球殼上的任何一點，行為都是相同的。讓我們考慮位在波源遠處，以波源為球心的球殼上的一個小塊。我們考慮的小塊越小，距離波源越遠，它就越接近一個平面。若不做太嚴謹的考慮，可以說半徑夠大的球殼上的一小部分，和平面其實沒有什麼差距。我們常常把遠離波源的球形波上的一小部分，稱為平面波。如果把下圖著色的區域再向遠離球心的方向移動，兩條半徑中間的夾角就會越來越小，更接近平面波。平面波的觀念和某些物理觀念很類似，它們是虛構的，無法以完美的精確度製造出來。然而，平面波依然是相當有用的物理觀念，不一會就能派上用場。

「誒誒誒！音速小子，快點停，你再衝就要掉下懸崖了啊！！」，在懸崖邊的你緊張的說。

「蛤蛤蛤～～～什麼～～～我聽不清楚你在講什麼！！我的耳膜快破啦！！」，你聽到音速小子在一個他最擅長的360度旋轉的最高點說出這句話，伴隨著巨大的聲響，然後迅速的往下俯衝，略過你……

接著就像迪士尼動畫會有的橋段，他在懸崖外騰空了整整一秒鐘，一聲不響地，華麗退場。

事實上，這是你最後一次聽到他的聲音、見到他的身影。在悲傷的同時，你也想著：「為什麼他不聽我的話呢，為什麼！！！！還有他最後那句話是什麼意思？」

或許，就怪他被稱作「音速」小子吧。

（故事為劇情需要，純屬虛構）

音速小子到底怎麼了？

當然有很多可能導致上面這個故事發生。首先，音速小子可能像很多人一樣習慣邊跑步邊聽音樂，又剛好你叫住他的那一刻因為他放的音樂太大聲讓他耳膜快破了，所以也沒聽到你的聲音，造成悲劇的發生。

但是根據你的說法：那一刻，你聽見了巨大的聲響，大到應該不會是耳機發出來的。那麼我會推斷是因為音速小子正經歷因為超音速所帶來的「音爆」現象。

要了解音爆，我們先來看看超音速的歷史吧。1903年萊特兄弟成功完成了第一次人類的動力飛行，在那一次飛行中，他們用12秒的時間飛行了36.5公尺，時速是每小時10.9公里，這雖然是一個小學生跑步都能追上的速度，但這可是劃時代的重要事件。接著我們把時間快轉到二戰，戰爭的危急狀態讓人類的飛行技術突飛猛進。到戰爭末期，最優良的飛機甚至可以達到時速700公里以上！根據紀錄：當時就有飛行員在俯衝，接近音速飛行時，感受到不穩定的搖晃，甚至也有因此操作失當而機毀人亡的紀錄。

事實上，人類史上第一次的超音速飛行是在1947年10月14日完成的，24歲的查克·葉格（Charles Elwood Yeager）成為第一個飛得比聲音快的人，他在12800公尺的高空，使飛行速度達到每小時1078公里，相當於1.015馬赫[註二][註三]。在當時要突破音速，有許多地方有待當時的科學家突破，其中一項就是音爆的問題。

究竟什麼是音爆呢？簡單來說，音爆就是：當物體的速度，超過它所發出聲音的速度時，周圍的空氣會產生一個壓力非常大的錐狀區域（被稱為馬赫錐），造成氣流的不穩定，然後巨大的壓力差會產生巨大的聲響，就像上圖及左圖的示意圖這樣。順帶一提，子彈飛行產生的聲響也是音爆的例子之一。

哎呀，只不過老實說，超音速飛機與我們的日常生活確實有點遠，可能有點難想像，但其實這個現象在日常生活中也不難觀察到。

從湖面看音速小子的悲劇

大家都有在湖邊玩耍、看看大自然的經驗吧，看著湖面上自由自在悠游的水上動物們，恨不得自己也長了個蹼，能夠跳下去跟著他們一起游泳，把心理的壓力一掃而光。

讓我們觀察一下那隻鴨子身後的水波，事實上，因為鴨子的行進速度比水波的波速還要快，所以在它的後面會有三角狀的水波紋產生。

對應超音速飛機音爆的例子：因為飛機的行進速度比聲波的波速還要快，所以在機身後面會有錐（因為聲波是向四面八方傳遞）狀的衝擊波產生。

有沒有覺得兩句話很像呢？確實，以上所說的兩個現象基本上是源於同一個物理概念。

知道了音爆 那你知道還有光爆嗎

光爆聽起來……怎麼那麼……像什麼會把人燒掉的恐怖武器啊！

別亂想。光爆其實就是上面兩個現象的延伸，只不過這次不是發生在聲音，也不是發生在湖面，而是光！

光爆這個現象是由1934年由蘇聯物理學家契忍可夫（Pavel Alekseyevich Cherenkov）發現的，正式的名稱叫做：契忍可夫輻射（Cherenkov radiation），有的人會稱呼他為光爆，這種輻射的特點就是：很美的藍色輝光！

聰明、好奇的你想了一下，說：「你別騙人了，愛因斯坦的狹義相對論告訴我們：一個物體的速度不可能比他所發出來的光還要快！」

事實上，這個現象的確沒有違反愛因斯坦偉大的狹義相對論。只不過他們用了一個小技巧：這個實驗不會是在真空或者是空氣中這些光行進很快的地方進行， 他們把整個實驗放到一些光跑得比較慢的地方（例如在生活中常見的水中，光的行進速度只剩下原本的大約四分之三），如此一來，科學家們就可以利用加速器，把粒子加速到比他自己發出的光還要快的速度，接著才能順利觀察到這個現象。

在金屬表面產生的光爆

2014年，哈佛大學的研究團隊又有了新的突破，他們成功製造出跟光爆類似的現象，只不過這次的波是行進在金屬表面，以一種被稱為表面電漿子（Surface plasmons）傳遞，他們把這個現象叫作”Cherenkov surface plasmon wakes”。

這個實驗室的教授，費德里科·卡帕索（Federico Capasso）說：「傳統的光學研究成果讓我們製造出全像圖、Google Glass、 LED燈等等的科技產品；但在未來，奈米光學（Nanophotonics）將會是奈米科技的一項重要領域。這次研究成果讓我們更有能力能控制奈米尺度下的光。」

在裡面的研究生，同時也是這篇論文的第一作者丹尼爾（Daniel Wintz）說：「要能夠在比光的波長還小的尺度下控制光是一件非常困難的事情。重要的是我們不但成功製造、觀測到這個現象，更找到了幾個不同的方法來控制它。」

不只是產生這個現象難，就連要觀察也很難，因為事實上，表面電漿子是看不到的，研究團隊必須想辦法把表面電光子從金屬表面“抽”出來，然後經過光纖，才能紀錄到影像。

所以說，其實從水波、聲波一直到光波以及以表面電漿子傳遞的波，這些不同樣貌的現象其實都是同一個物理現象所主導，只是我們平常沒有發現其中的關聯性而已！

備註

1. 見維基百科-萊特兄弟。
2. 1馬赫為一倍的音速，詳見維基百科-馬赫
3. 這個紀錄有些許爭議，見維基百科-查克·葉格，但不管如何，葉格無庸置疑是第一個在有計劃性、嚴密監控的情況下，靠著飛機自身的動力而實際且確實地突破音障的人類。

參考文獻

1. Surfing a wake of light: Researchers observe and control light wakes for the first time
2. Controlled steering of Cherenkov surface plasmon wakes with a one-dimensional metamaterial Nature Nanotechnology [2015]