橡膠子彈，最致命的「非致命武器」

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。

這幾天香港佔領中環行動，相信許多香港的朋友應該「前不見真普選，後不見民主改革。念天地之悠悠，愴然而涕下。」咦？不對，真正令人痛哭流涕的應該是警察為了驅散群眾而發射的催淚彈。

催淚史

催淚氣體開始廣泛用來對抗人類，是在第一次世界大戰前後（科技始終來自於人性）。在大戰爆發前，1912年法國已經將溴乙酸乙脂（Ethyl bromoacetate）作為催淚氣體在用於警察勤務中 [1]。後來一戰爆發，在西部戰線伊珀爾（Ypres）防守的法軍，也將裝有溴乙酸乙脂的手榴彈用來對抗德軍。接著德軍積極投入研究，才讓催淚氣體在戰場上發揚光大 [2]。

第一次世界大戰之後，1925年的日內瓦協議（Geneva Protocol）禁止將具有窒息性、毒性的氣體、液體、物質，或者微生物應用於戰爭之中－當然，也包括了催淚氣體。不過協議是針對戰爭期間規範，是否能將催淚或是催吐（像是二苯胺氯胂）戰劑用在防暴行動，仍有不同的看法 [3]。也就是這樣，所以我們還是能在世界各地許多群眾行動中，看到警察使用催淚彈。

催淚彈組成

其實催淚彈的組成並不是全都是為了催淚，主要分三種目的：加溫、散佈、催淚。歷史最悠久的催淚成分有三種：溴化二甲苯（Xylyl bromide）、2-氯苯乙酮（Phenacyl chloride，簡稱CN）、鄰-氯代苯亞甲基丙二腈（2-chlorobenzalmalononitrile，簡稱CS），其中CN毒性最強，所以大多已經被CS取代用於鎮暴的催淚彈 [4]。除了CS，1962年意外被合成出來的CR（Dibenz[b,f][1,4]oxazepine）也有用於催淚彈；不過和CS不同，CS容易用水去除，但CR遇水反而會加劇作用，是比較危險的成分。

事實上，催淚的CS在常溫下是固體粉末。為了要讓CS能夠像氣體一樣散佈，就需要加入其他成分－像是容易揮發的二氯甲烷，讓它帶著CS擴散在空氣中。除此之外，高溫也有助於氣體散佈，所以催淚彈也會加入其他的化學物質來產生溫度，加速CS的擴散 [5.4]，這也是為什麼上街示威教學都會提到不要徒手撿起剛落地的催淚彈，很可能因此燙傷。

為什麼催淚彈既不黯然又不銷魂卻讓人兩淚交流？

雖然催淚彈已經存在近一世紀，不過科學家對於催淚的生化機制還是了解不多 [6]，當然也沒有接觸到催淚物質後立即有效的治療方式。

耶魯大學醫學院的藥理學家滕德（Sven-Eric Jordt）長期研究催淚物質，他在德國就學時曾參與反對核廢料的遊行，也在那場遊行中體驗到他的研究對象有多催淚 [7]。

滕德發現，催淚物質對於體表神經上的TRP離子通道（Transient Receptor Potential channels）來說是一種促進劑（agonist），當TRP離子通道接收到催淚物質，就會引發一連串的生理反應，像是疼痛、發炎、紅腫。他在2008年發表的研究中，基改實驗小鼠天生不具有TRPA1通道蛋白，和一般的小鼠相比，對於催淚物質的反應行為就沒這麼強烈；另外，研究團隊也成立利用兩種TRPA1的阻斷劑（antagonists）減少催淚物質引起的刺激，顯示TRPA1是其中一個催淚物質作用的通道蛋白 [6]。

不過TRPA1阻斷劑是否能夠應用在反催淚彈呢？滕德在接受《國家地理》採訪時提到：「很難說，理論上可以。」但他認為在接觸催淚彈之前使用阻斷劑很有風險，因為TRPA1引發的身體不適，為了就是讓我們知道有危險該遠離，假如使用了阻斷劑，很可能讓自己暴露在更高劑量的刺激物質下，更有風險導致化學灼傷 [7]。

要是輕看催淚彈就要落淚了

「催淚彈」這個字會被誤解成只有催淚的效果，但其實催淚物質刺激的是體表（是的！即使你戴了防毒面罩，但是穿著吊嘎遇上催淚彈還是會刺痛），只是像是眼、鼻、口這種有粘膜的部位更容易受到化學物質的刺激。催淚物質除了會讓人流淚、皮膚紅腫疼痛之外，還會刺激呼吸道，嚴重的時候可能會窒息。2011年，一位巴勒斯坦婦女就在一場抗議行動中，因為催淚氣體讓她無法呼吸而致死 [8]。稱這些鎮暴武器為「非致死性兵器」，反而會讓人掉以輕心（參考〈橡膠子彈，最致命的「非致命武器」〉。

接觸到催淚物質會不會對身體造成長期影響，或者永久性的傷害？「不知道」，畢竟接觸過催淚物質的人不多，很難有足夠的個案供科學家追蹤，但是滕德教授已經開始相關的研究。[9]

催淚彈在面前落下該…..？

跑吧。

如同前面提到的，目前沒有立即減緩刺激的方法。催淚彈在開放空間的作用有限，特別是有風的時候，很容易被吹散，所以遇到催淚彈，往新鮮空氣方向閃避才是上策。另外，即使被嗆到很難受也不要原地蹲下，因為常見的催淚物質CS比空氣重，會往下沉，蹲下只會接觸更多CS。 [5.5]

遠離催淚彈之後，盡可能換掉衣物，因為CS在常溫下是粉末，沾附在衣物上的CS會持續刺激皮膚 [5.5]，不過特別要注意的是不能接觸到含氯漂白配方的清潔劑，那會使CS反應成更具毒性的物質。此外，也要避免雙手接觸眼、口、鼻－沒錯，別揉眼睛，還有在擤鼻涕前也要先洗手，避免手上沾到CS又再次刺激粘膜。

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科宅我是沒遇過催淚彈，期盼這波香港佔中的朋友平安順利。

▼軍官入伍訓中的毒氣體驗就是用CS

http://youtu.be/O-LdXn7j6kc?t=41s

參考資料：

1. Ethyl bromoacetate — Wikipedia
2. Chemical weapons in World War I — Wikipedia
3. Geneva Protocol — Wikipedia
4. Phenacyl chloride — Wikipedia
5. How Tear Gas Works — How Stuff Works
   • 3. When Tear Gas Fails
   • 4. Methods of Dispersal
   • 5. So You’ve Been Tear Gassed …
6. Bessac, B. F., Sivula, M., von Hehn, C. A., Caceres, A. I., Escalera, J., & Jordt, S. E. (2009). Transient receptor potential ankyrin 1 antagonists block the noxious effects of toxic industrial isocyanates and tear gases. The FASEB Journal, 23(4), 1102-1114.
7. The Surprising History and Science of Tear Gas. National Geographic [June 12, 2013]
8. Israel investigates tear gas death of Palestinian protester. The Guardian [2 January 2011]
9. What Are the Long-Term Health Effects of Tear Gas? SoU [August 21, 2014 ]