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【Gene思書齋】大到不能宰?

Gene Ng_96
・2014/08/13 ・3513字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

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標題中的「宰」,並非指「屠宰」,而是「莫宰羊」的「宰」。

「學海無涯」,這成語出自明朝張岱的《小序》:「學海無邊,書囊無底。世間書怎讀得盡。」可是從今天的角度來看,當時的人如果真的去拚命死嗑,大部分讀書人搞不好還是有辦法把手邊能弄到的書讀盡的啊。

拜網際網路所賜,我們今天面對的知識之面貌,和過去幾年百甚至幾千年的,都大不相同了,這才是真的學海無涯。知識的結構也已徹底改變,我們過去面對、學習和掌握知識的方法,也已有和將有極大的改變。

我到上大學前,幾乎完全沒有接觸過網際網路,高三時有人到我們學校演講,說網路上啥都有,結果我們一群高中臭男生圍在一起說「啥都有」,表情不是驚訝,而 是淫笑Orz 我第一次接觸電郵時,還很笨地問到,如果郵件送達時,我不在電腦面前,郵件會不會被退回XD 可是,現代社會,甭說高中,連小學生都會上網了吧。甚至還沒懂事前,就先學會用平板電腦。

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網際網路確定改變了我們學習知識的方式。過去,我們要學習知識,大多數情況下非得從書本裡取得。我從小就很愛看書,可是家裡也買不起大英百科啊,只能去中 學圖書館裡借有限的書籍。可是今天呢?維基百科有多到你每天不眠不休都讀不完的條目,而且還完全免費、免借閱,更新速度也驚人;過去,做研究要上圖書館影 印論文,如果大學圖書館沒有訂閱的期刊,還得大費周張付費申請館際合作,可是現在坐在辦公室電腦面前,大多數文獻,甚至無論多古老,都能在按幾個鍵的情況 下輕鬆下載,後來連一些學術書籍,也都能下載,只要校方有訂購的話;我前陣子對經濟學感興趣,沒想到一堆國外非常暢銷的經濟學教科書,居然也能找到全文的 高解析度電子檔,只要耐心尋找;過去的科景也好,現在的泛科學也好,提供了傳統媒體輕忽的科學新聞,而且還以更快的速度和更高的準確度,並且還能附上資料 來源。這都是網際網路傳播知識的正面作用,可是為何還有人持悲觀論點呢?

網路思想先驅溫柏格(David Weinberger)的這本《TOO BIG TO KNOW:網路思想先驅溫柏格重新定義知識的意義與力量》Too Big to Know: Rethinking Knowledge Now That the Facts Aren’t the Facts, Experts Are Everywhere, and the Smartest Person in the Room Is the Room) 就試圖重新定義知識,並推測當知識離開了紙張,知識究竟如何演變?以及提出我們又該如何運用知識。溫柏格是哈佛法學院貝克曼網路與社會研究中心 (Berkman Center for Internet and Society)資深研究員,對網際網路如何影響社會有獨到的見解,還曾擔任美國總統候選人的網路政策顧問,長期為 《連線》(Wired)、《今日美國報》(USA Today)、《史密松寧通訊》(Smithsonian)、《哈佛商業評論》(Harvard Business Review)、《科學人》(Scientific American)、《紐約時報》(The New York Times)執筆。《TOO BIG TO KNOW》真是少數直接以原文書名當作中文版書名的好書。

自從古騰堡(Johannes Gutenberg,1398-1468)發明活字印刷之後,書籍的取得愈來愈容易。指出,近年美國聯邦政府在歐巴馬(Barack H. Obama)的指示下,建立Data.gov把行政機關所有非機密資料公開。溫伯格主張,這樣把大量事實公開、供人自由使用,便是拆了停駐點上的釘子,使 得知識的根基不再像以前那樣不可動搖,也不再有界限,形成喪失邊界的知識體。

《TOO BIG TO KNOW》指出,到了早17世紀,已有人抱怨我們現在稱為「資訊過載」的現象。面對如洪水般的資訊,長期以來人們使用刪去法,過濾出需要的知識。可是到了 網際網路的時代,已經能容下所有資訊了,於是過濾的策略再也不是刪除,而只是將所需資訊過濾到最前面。《TOO BIG TO KNOW》還指出,在新的知識制度下,廣度本身就足以成為一種深度、專家和非專家的界限正在消失、平民主義興起、擁有「異類」資格的人取代高學歷者、沒有 共識也能產生新知。

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為了應付過載的知識,我們為知識設立了由各種停駐點組成的體系。然而,《TOO BIG TO KNOW》提出專業技能的網路化,認為專業知識也可能在雲端。即便我們保有事實和專家,但知識的整體卻正在流逝。當老舊知識媒介的限制逐漸褪去,知識在網際網路裡到底會變成什麼樣子?網路化專業知識是怎麼運作?溫伯格認為,網路連結了許多人,例如《群眾的智慧:如何讓整個世界成為你的智囊團》(The Wisdom Of Crowds: Why The Many Are Smarter Than The Few, And How Collective Wisdom Shapes Business, Economies, Societies, And Nations)這本書指出,彼此無相關性的人群,可能可以比單獨的個人找出更準確的答案(請參見〈群眾的非凡智慧〉); 還有,網際網路上有各式各樣的人,《TOO BIG TO KNOW》舉了個實例,提到一個水泥專家戴維斯,溢油防治技術研究所在網路上找到了他,成功解決了石油專家都解決不了的溢油抽取問題。用這個有趣的案例, 透過網際網路的特性,專業知識發揮了更大的效益,專家所形成的網路遠比專業意見的總和更聰明。

溫伯格還指出,網際網路跟燕麥粥一樣,又黏又一塊塊的。怎麼說呢?許多不同專業的專家網路有忠實的成員,可以在特定類型的問題發揮所長;網際網路還會累 積,成長速度飛快,還能縮放自如,大有大的好,小有小的妙;網際網路讓專業主題互相交錯連結,不會因為結論不固定而喪失價值,資料來源的連結讓專業知識更 透明,還具有互動性,專家不再是個特殊的階層,多元的想法、知識和權威能夠並存。

《TOO BIG TO KNOW》接著探討多樣性的重要性和限制。在聲音多元的網際網路裡,意見相同的人容易聚集在一起,形成回聲室。因此,美國憲法學者桑斯坦(Cass Sunstein)認為,網際網路將創造出更多回聲室,使得「群體極端化」並破壞民主,人民更難取得共識。可是溫柏格認為,實際情況正好相反,指出極端化 效應沒桑斯坦認為的那麼強。

網路似乎把人弄得更笨,卡爾(Nicholas Carr)在《網路讓我們變笨?:數位科技正在改變我們的大腦、思考與閱讀行為》The Shallows: What the Internet Is Doing to Our Brains)提出,網際網路正改變我們的腦袋,讓我們愈來愈難去吸收有深度的知識(請參見〈網路真的讓我們變笨?〉)。 溫伯格在《TOO BIG TO KNOW》花了一章回應卡爾,比較了長篇幅思想(書本)與超連結的優劣。他認為,書籍是一種非連線、非對話式的單向媒介,將思想固定在紙張上,並塑造成書 本的篇章。然而,網路化知識則沒有形狀與固定形式,論證能以自然的長度呈現,主題隨時能交錯連結,這樣「糾混」的網路也許更能準確反映這個世界的真實狀 況。

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《TOO BIG TO KNOW》繼續探討了網際網路時代的科學,認為網路化的科學巨大到無法讓人知曉全貌、永遠針鋒相對,而且沒有定論,如此反而更接近科學家看待科學的方式。頂尖學術期刊如《自然》(Nature)和《科學》(Science)只能接受大約2%的投稿,可是線上期刊如PLOS ONE卻能夠接受大量的投稿,在去年就發表了超過三萬篇論文。只要同儕審查後內容在科學方法上沒有重大瑕疵,PLOS ONE就會接受投稿,他們決定把論文的實際影響力交給科學社群去決定,並且還讓讀者在論文底下留言討論。在科學界,「開放存取運動」(Open Access)的期刊也興起,免費讓讀者下載論文,不需要學術單位的訂閱,讓大型出版社無法以科學家辛勞的成果為獲利工具。

我們需要再做些啥,才能讓網路變成一個更適合知識的架構?《TOO BIG TO KNOW》呼籲建立知識的新架構,儘管身處知識的危機中,但網際網路降低了阻礙,改變了知識的根本架構,也改變了我們面對世界的方式。網際網路提供了我們 豐饒的內容,可以利用超連結跳來跳去,不用特別的特許,即公開又沒有定論。網路化的知識,讓我們更接近知識的真相。我們可以利用以下方法,讓網路化的知識 造福大眾:一、開放存取;二、提供智慧可以用的攀附之;三、連結所有的東西,傳統媒體難以完整提供出處,可以網際網路卻能夠輕鬆做到;四、不拋棄任何機構 化或制度化的知識,網際網路提供我們更輕鬆在傳統媒體上的搜尋和閱讀,也讓學院式知識能夠更有效遠距傳播;五、教導所有的人。

對關心知識的學習和傳播的朋友而言,《TOO BIG TO KNOW》是本必讀好書!網際網路是洪水猛獸,還是恩典福音,端看我們如何駕馭和應用。知識的網路化,鐵定會是無法逆轉的歷史潮流。時勢造英雄,我們應該要能夠搭上這個時代的狂潮帶向未來,而非讓歷史把我們給狠狠埋沒!

本文原刊登於【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

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,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
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 / 圖片來源:envato

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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)」 / 圖片授權:Shutterstock

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。

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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)。

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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。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

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。

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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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【泛科開課】國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切
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・2023/01/07 ・795字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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【泛科開課】知識型創作者的 YouTuber 流量密碼鍊金術!
PanSci_96
・2022/11/14 ・635字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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