手槍蝦的閃光音爆槍!

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。

小小身軀能發出威力無比強大的巨響

有些動物會利用空蝕現象來捕抓獵物或抵禦攻擊者，鼓蝦（Pistol Shrimp）是最好的例子。這種 5 公分長的蝦科動物也被稱為手槍蝦，只因為牠會把敵人打倒。

牠可以用那對手槍螯發出比噴射機還大的聲音，大約是200 分貝，這讓牠成為世界上聲音最大的動物。小動物聽到會昏倒，較大的攻擊者也會迅速逃跑，就算是潛水艇的聲納設備也會被破壞。手槍蝦之所以能發出這麼大的聲音，是因為空蝕現象，牠會忽然用力合上手槍螯，朝攻擊者射出一股水流，這股水流後面會形成水蒸氣，並隨著一聲巨響而內爆。

有趣的是，手槍蝦可能根本就聽不到大爆炸的聲音。研究人員沒發現蝦子具有聽力器官，這點也許對瘋狂大爆炸會更好。

除此之外，手槍蝦不只會用螯產生轟雷聲，還會產生閃電，當空氣泡內爆時，會釋放很多能量，所以會出現「聲致發光」（Sonoluminescence）的現象，也就是當液體受到強烈壓力波動時，所發出的光效應。可惜的是，人類無法用肉眼看到閃電，但如果你可以利用相機超慢動作動態攝影的功能來拍攝手槍蝦，這樣就能看到聲致發光的現象。這看起來真的非常不可思議！發現這種效應的人非常高興，甚至將這效應稱為「蝦發光」（Shrimpoluminescence）。

總而言之，手槍蝦是種非常迷人的動物，可以單獨替牠寫出一整本書，私底下牠也是很喜歡社交的，喜愛和小魚或海葵一起生活，也經常和帶條紋的蝦虎魚一同住在山洞裡。

手槍蝦會整天待在洞裡，沒有敵人來襲時蝦虎魚會在洞口游來游去，但要是有章魚在附近游來游去，蝦虎魚就會飛快游回洞穴，並害怕發抖，然後就是手槍蝦表現的時候了，牠會衝出山洞，伸出螯砸向攻擊者。

如果牠在戰鬥中輸了，把螯弄斷了，牠只要修復自己就好了，另一邊的正常螯還是可以攻擊，而斷掉的螯會再重新長出來。

船艦該如何克服空蝕現象

手槍蝦那麼強大的自癒力對「勇敢號驅逐艦」這種艦艇來說當然不可能有。

1893 年，艦艇上的工程師不得不在這裡與有破壞力的空蝕作用鬥智，他們成功了！這艘艦艇沒有轉動很快的大螺旋槳了，而是幾個較小的螺旋槳，功率也稍小，這樣水流就沒有那麼快，空蝕現象也減少了。

就這樣，這艘船艦最後能以 32 節的速度出海航行，在 19 世紀末，這個速度的確非常快，報紙終於稱它為「世界上最快的船艦」，工程師們對此感到很滿意。

後來，他們只改變了一件事，就是在船頭安裝了一個魚雷發射管，可以朝敵方艦艇射擊。但這後來被證明是不切實際的，因為「勇敢號驅逐艦」現在的速度超級快，根本已經有可能超過它自己魚雷的速度了。

這已經是一百多年前的事了，現在有許多巧妙的解決方法，可以保護船隻免受空蝕現象損壞。

有些螺旋槳的設計會讓空氣從它的邊緣流出去，那些小氣泡的作用就會像阻尼器一樣，當水在螺旋槳後面流動過快且壓力過低時，氣泡就會膨脹，進而防止形成空氣泡。這個技術對軍艦也很有用，因為可以讓船艦變得更安靜，就如同我們從手槍蝦身上知道的那樣，氣泡破裂的聲音非常大，這樣會害船隻被敵人的聲納定位到。

——本文摘自《神奇物理學：從重力到電流，日常中的科學現象原來是這麼回事！》，2022 年 9 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

2015年即將結束，讓我們一起來看看由自然《Nature》選出的年度精選照片吧！

爬蟲類大對抗

別以為你在看侏儸紀世界！這是兩隻科摩多巨蜥（Komodo Dragon）為了爭地盤而決鬥的畫面。科摩多巨蜥生長在印尼，是現今體型最大的蜥蜴，平均體長可達2至3公尺，以肉食及腐食為生。由於科摩多巨蜥分泌的毒液會阻擋獵物凝血，造成獵物失血過多死亡，所以牠們會放走咬過的獵物，然後只要在背後偷偷跟蹤，食物就能手到擒來。這張展現野生動物決鬥的照片是2015年野生動物攝影師大賞的（Wildlife Photographer of the Year ）的決選作品。

看得見的音爆

我們都知道當鴨子划過水面的速度大於水波的速度時，鴨子會在水面產生一道道美麗的漣漪。但你看過這樣的音爆場面嗎？這架美國的噴射機以超音速飛行在莫哈韋沙漠上空，位於噴射機上方的另一台美國太空總署的飛機捕捉了噴射機劃過天空的產生的衝擊波。光經過不同密度空氣的折射現象其實是很難被觀察的，但透過1864年德國科學家August Toepler發明的紋影攝影術（schlieren photography），我們能將音爆的效果完美呈現。

奇幻的麥哲倫雲

這可不是甚麼汙染河面的空拍圖XD，而是普朗克衛星捕捉微波及紅外光，計算後得到的麥哲倫雲。圖中較大片的褐色區塊為大麥哲倫星系（ Large Magellanic Cloud），左下角較小的褐色區塊則為小麥哲倫星系（ Small Magellanic Cloud ）。這兩個星系屬於沒有旋渦、橢圓等結構的不規則星系，並可能環繞著我們生活的銀河系。

象鼻蟲的大頭照

「哈囉～你在看我嗎？你可以再靠近一點！」這是一隻棉子象鼻蟲（boll weevil, Anthonomus grandis），頭部僅有幾釐米寬，長長的、延伸出來的不是鼻子，而是用來覓食的口器。這張Wellcome Image Awards的得獎作品，利用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope），清楚呈現象鼻蟲的頭部特徵。

大自然裡也有粉紅龐克！？

原文是用令人恐懼（ eerie）去形容圖中像骷髏的物體，但我覺得它們笑得蠻可愛的啊╰（￣▽￣）╭。哎呀～回歸正題，這是由David Maitland拍攝的紙紗草（papyrus plant, Cyperus papyrus）維管束切片200倍放大影像。維管束組織負責傳輸養分及水分，是維管植物裡很重要的角色，不只可愛而且還很有用呢！

病毒蔓延中

這是一張大病毒的3D影像（ large virus，其宿主為後棘狀阿米巴變形蟲（Acanthamoeba polyphaga）），由數百張的2D影像疊圖而成。但科學家究竟是如何知道物質的三維結構呢？答案是，X光繞射（X-ray diffraction）。由於單一分子的繞射行為並不明顯，科學家唯有將待測物結晶，透過大量重複單元的晶格繞射結果，才得以了解待測物的結構。因此養晶、解結構，仍是目前最直接證明合成出目標分子的方法。可是…養晶是門藝術啊（倒～～）！生物大分子的結晶尤其困難。好消息是X光自由電子雷射器（一種高強度的脈衝X光）的出現有望解決這個困難，讓科學家不用養晶也能知道單一分子的結構！

太空泡泡

這團「雲啊~霧啊」的太空泡泡是行星狀星雲－南貓頭鷹星雲。當恆星進入生命晚期，其向外膨脹的氣體被電離後產生發射星雲，即為行星狀星雲。 此照片由智利的甚大望遠鏡（ Very Large Telescope）拍攝。

「冥王星，你好!」

2006年發射的新視野號，這幾年來不斷傳回大量的影像和資訊回地球，然而直到2015年，這張當新視野號最靠近冥王星時所拍攝的冥王星影像才真正地驚豔了大家。照片中太陽光清楚地勾勒出冥王星的輪廓，顯現了她孤冷（表面溫度44 K）的氣質。期待新視野號能帶領我們繼續發現太陽系的其他秘密。

快閃一瞬間

這張照片利用長時曝光的攝影技術，清楚地捕捉到了閃電！對於大部分的人來說，雷電交加是件很可怕的事；然而對於位在美國佛羅里達的國際閃電研究及測試中心（International Center for Lightning Research and Testing）而言，這些我們害怕的事物，卻是他們感興趣的對象。他們設計並實際探討火箭穿透風暴後觸發的閃電現象。

「膚淺」的人體影像

這張彩虹斑點的人體照片，顯現了在人體最大的器官－皮膚上的化學物質及微生物。圖中色彩越趨近於紅色代表此處的分子多樣性越高，反之，藍色代表多樣性低。聖地牙哥大學的Pieter Dorrestein及其團隊徵求兩名志願三天不洗澡的健康受試者，採取他們皮膚上約400個位置的樣品，進行質譜及DNA定序的分析，最後利用超級電腦彙整了大筆的數據並繪製了這張圖。

生生不息

這張滿布屍首的照片呈現了禿鷹的日常生活！禿鷹以屍體為食，很少主動攻擊動物。牠們的胃酸有很強的腐蝕性，因此即便吃下被細菌感染的食物，也不容易生病。這畫面或許看起來有點陰森，然而禿鷹的攝食習慣，其實在生態系統的健全發展中扮演很重要的角色。

加州大火

今年8月克里爾雷克（ Clearlake）的火災照片。人稱「金州」的加州這四年來飽受乾旱之苦，野生動物的生存受到了威脅，各地區更是火災頻傳。

火星上有水！？

「火星上究竟有沒有水？」一直是天文學家好奇的問題。現在，他們用這張火星上的隕石坑－火山口加尼上的照片證明火星上真的有水在流動！圖中黑色條紋的部分表示火星表面有含水的礦物質，且條紋的分布會受季節影響，推測和水的流動有關。這項研究仰賴高解析度成像科學設備（High Resolution Imaging Science Experiment, HiRISE），並希望後續的結果能讓我們對於宇宙生命的發展有更進一步的了解。

一口氣看完了那麼多精彩的照片，你是否更想了解其背後的故事呢？別擔心，泛科學早就為好奇的你準備了許多相關報導，祝大家有個收穫滿滿的2015喔！

• 驚！火星上有水！
• 冥王星你好
• 獸藥，救了牲畜卻殺了禿鷲
• 加州乾旱、臺灣沒雨，與氣候變遷有關嗎？
• 透視麥哲倫雲
• 島嶼上的瑰麗珠寶—球背象鼻蟲
• 衝啊！音速小子—淺談音爆及光爆

 參考資料：