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科技複製時代的捕風捉影──讀《複製邪惡》

活躍星系核_96
・2015/06/17 ・4718字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

文/劉佳林(上海交通大學人文學院中文系教授)

(前方爆雷注意!本文有提及故事內容與結局。)

 

 

在《理想國》中,柏拉圖講過一則洞穴寓言:一些人被囚禁在洞穴裡,他們的頭腳動彈不得,只能終日面對洞穴的石壁。而在他們的身後有亮光從通道照射進來,將外面世界各種物體的影像投射到洞壁上。囚徒們談論著這些影像,認為這就是實物本身。直到有一個人走出洞穴,眼睛逐漸適應了太陽照耀下的世界,才開始認識到,他以前看到的一切、相信的一切都不過是真相的投影。

shadow.1 from pixabay
Source from pixabay

柏拉圖想透過這個寓言告訴我們,可見世界僅僅是理想世界的影子,只有當我們的靈魂能夠從可見世界的洞穴中上升到絕對真實的理想世界時,我們才能夠看到善的理想。可是,柏拉圖有所不知的是,他在這裡恰恰是借助於影像來敘述真理的,因為我們知道,寓言其實就是真理的影子,它依憑相似性獲得生命。因此,具有反諷意味的是,儘管需要非凡的智慧和領悟能力,但捕風捉影有時竟也可以成為通達真相的一種途徑。凱文.吉佛伊的《複製邪惡》就是要為我們摹寫這種途徑,摹寫它的曲折分岔,它的通暢淤滯,它的危險不歸。

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雖然《複製邪惡》的題材是關於複製的,但作者吉佛伊並沒有像早期描寫複製問題的科幻小說家那樣,把情節安排成一次關於科技倫理或複製人有沒有靈魂等問題的論爭,他吸收了科幻、懸疑、驚悚、偵探等多種小說元素,在編織曲折離奇的故事情節時,把注意力始終放在關於凶手真實身分的追查上。與傳統的偵探小說偏重於邏輯推理不同,在揭示事實真相的過程中,《複製邪惡》的主人公更依賴現代科技手段。小說中加強地展示了兩種高科技的複製手段:生物複製網路世界的複製

生物複製是複製一個生命體,其合理性初衷是為了滿足不孕,或因遺傳疾病等原因而無法生育的夫妻擁有孩子的願望。但在小說中,戴維斯複製賈斯汀的真正目的,卻是為了透過複製人而查到罪犯。作者對戴維斯這種有違複製的倫理,甚至是犯罪的做法似乎並無意譴責,儘管讀者都十分清楚,即使是在一個虛擬的複製行為合法化的國家,賈斯汀的生命也已經淪為別人的工具和手段。

對作者來說,複製體與被複製體之間的相似性,成了一個重要問題。首先,二者之間體貌上的相似性是唯一的嗎?戴維斯在網上發布了修飾過的賈斯汀照片後,有人宣稱他找到了這個相似的人,結果證明這種相似只是相似而已。其次,二者之間的內在自我也是相似的嗎?賈斯汀確實不但在身體特徵上酷似山姆.科恩,而且在智力、暴力傾向、思維方式上也與他的原型十分相似。因此,他根據有關犯罪事實並結合自己對罪犯的合理想像與揣摩,做出精彩的案情分析,就具有相當的說服力。可是,如果我們只是一般性地表達A與B極為相似的觀點,如果我們的論證僅僅停留在理論猜想的層面,那麼相似性本身並不會造成什麼危害,但如果僅根據這種相似性,來追究另外一個孿生體的法律責任,甚至剝奪他的生命,那麼相似性就變得十分危險。

戴維斯根據複製體試圖追本溯源、根據DNA的投影去追蹤原型的做法,其結果證明不但是不可靠的,並且由於誤入歧途造成許多誤會,比如把不相關的人當作是賈斯汀的原型加以追查,進而引起新的誤會,導致戴維斯的妻子懷疑丈夫有了私生子,這些誤會又直接或間接地導致了一名私家偵探,以及戴維斯妻子的死亡。而賈斯汀對案情的想像與模仿,則釀成了更大的悲劇,比如他為了製造現實生活中的罪證,竟姦殺了一個女子。並且,隨著情節的進一步展開,讀者將會發現,悲劇還不僅止於此。

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科技社會在生物複製之外,又提供了另外一種仿真的方式,即虛擬的網路世界對真實世界的複製。《複製邪惡》中的「影子世界」就是現實世界的複製體,它和我們所生活的世界一模一樣,有全世界三千五百個城市裡的每棟建築、每座公園、每個公共汽車站和每家商店。泰洛軟體公司的程式設計師都加入了遊戲,不斷升級,並且還在不斷增加細節。甚至真實世界裡剛開始飄飛的雪花也會立即在「影子世界」墜落。相應地,遊戲玩家們也在這個世界裡複製自己的生活,成為記者,參加派對,戀愛,謀殺。

這讓關注謀殺案件、喜歡刨根問底的賈斯汀產生了一個念頭:「如果我們在『影子世界』中發現是誰殺了那些女孩,也許能引導我們找出真實世界中的凶手。」戴維斯在真實世界裡追尋不得的凶手,將會由賈斯汀在芝加哥城的虛擬版本裡被尋獲。但儘管網路世界有許多「真實原型玩家」,卻也同樣存在一些「幻想型玩家」,他們只是借助虛擬世界來釋放在現實世界中無法釋放的欲望

matrix.2 from Hersson Piratoba
Source from Hersson Piratoba

正如戴維斯所說:「巧合不意味著就是證據。」但在認定山姆是凶手的定見上,賈斯汀卻固執己見:即使山姆不是殺害安娜的元凶,他也一定做過其他什麼壞事,傷害過其他的女孩,因為賈斯汀曾親眼目睹山姆企圖對自己的母親施暴。於是他和莎莉.巴威克在「影子世界」跟蹤山姆,並找到許多邏輯上可以成立的證據:山姆是安娜的同學;當山姆在「影子世界」中殺人時,現實生活中的「威克惡魔」就像人間蒸發了一樣;當山姆發現被跟蹤時,他在真實世界裡找上了莎莉的門。似乎更有說服力的是,複製使得一個自我有可能同時存在於兩個身體中,既然賈斯汀體驗到了一種難以控制的惡的衝動,他的這個自我應該也就是科恩的自我。理論上成立的證據鏈,終需在現實世界還原,因為法律不能根據相似律來懲處凶手,可人們並不能在真實世界中找到山姆留下的任何犯罪痕跡。出於強烈的正義感和責任心,賈斯汀最終在真實世界裡複製了「威克惡魔」的犯罪情節,並懷著非凡的勇氣結束了自己的生命。

兩種高科技的複製,現場DNA的鐵證,山姆.科恩終於被判死刑。可是,幾乎讓所有人出乎意料的是,殺害戴維斯女兒的凶手其實並不是山姆。山姆只是一個性虐待狂,他與安娜的偷歡、其他人碰巧的介入,給世人造成了一種先姦後殺的假象。《複製邪惡》在敘寫戴維斯、賈斯汀等人追查殺人凶手這條主線的同時,還安排了一條看似無關的副線,即「上帝之手」成員米基四處出擊、追殺複製人士。正是米基在非常偶然的機會裡,在安娜與山姆偷歡之後殺害了安娜。小說謀篇布局的最大卓越之處就在於,這個謎底是在篇末人物的閒談和文件整理中,不經意地抖落出來的。於是,一直與主情節平行而又貌似無足輕重的副情節突然在小說的結尾將主情節推翻,讀者最後瞠目結舌地發現:案件有關當事人的全部行動都不過是一場徒勞的捕風捉影。

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於是,如何進入世界、如何認識並理解事件真相,又重新成為一個問題擺在我們面前。高科技手段會讓我們的世界變得易於掌控而更顯清晰嗎?它們會讓罪惡更加昭然若揭嗎?科技時代的人們所習慣的那種理性與自我交託的責任會幫助我們明辨是非嗎?高科技複製時代的人們是更有智慧了?還是更加狂妄無知?

回到柏拉圖的洞穴寓言,我們發現,戴維斯、賈斯汀等人依然不過是頭腳被縛的囚徒,他們費盡心機的偵查不過是在捕風捉影,而讓他們走上迷途不歸路的那道亮光,正是科技時代生成的工具理性,存在主義那有著濃厚的個人主義色彩的責任說、選擇觀,則從哲學上給了他們的虛妄之舉的理論支持。複製賈斯汀是戴維斯出於一個父親為女兒復仇的責任,追查山姆是一個複製人,是證明複製體可以具有獨立價值的責任,但不管他們的動機是多麼的善良,他們承擔責任時的態度是多麼的堅定,他們從根本上都是把他人和自我當作工具,他們並不明白生命本身就是目的。

他們的行為首先遭到敵對勢力的嘲諷。在真正的凶手米基看來,聰明人幾乎都是一些理性的傢伙,正是他們使這個世界迅速墮入地獄,因為理性的人不相信是與非。但我們不能說戴維斯他們不相信是非,他們始終在努力弄清是非,只是在試圖建立投影與真相的聯繫時,他們依憑的是自己褊狹的頭腦,和把一切當作手段的工具理性。這與米基信奉的上帝乃是非、正義之化身發生了矛盾,也跟作者曖昧不明的信仰發生了矛盾。

對米基四處捕殺複製人士的行為,作者並沒有表達自己的觀點,有時似乎是在透過米基的自我辯護進行肯定。米基宣稱他的行為是正義的,這是上帝的正義:「不是我自己選擇要殺阿里醫生、丹比醫生或者弗里德曼醫生,這是我的使命,你們也有自己的使命。我用我的整個人生來完成這個使命,為了人類犧牲自己,這樣才能完成上帝的意願。」按照米基的解釋,是上帝選擇製造矛盾的,現代聖人和現代殉道者都是矛盾的,「因為在你我這場對抗當代世俗主義的戰鬥中,你找不到坐在上帝那一方的聖人。你會發現真正的聖人,真正的殉道者在地獄深處。因為他們不僅為了同胞的幸福獻出了生命,而且還犧牲了永恆的靈魂。」面對法律在複製問題上的兩難態度,狂熱的宗教分子用極端的方式,去阻止從倫理上來看也是侵犯人的多樣性、唯一性與尊嚴的科學行為,似乎有些道理,但從根本上說,米基的行為恰恰違反了最基本的宗教教義:勿以暴力對抗邪惡

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也許,從更具有普世價值的道德倫理的角度看,小說中的另外一個人物更值得關注,那就是戴維斯的同伴、後來的妻子瓊.伯頓醫生,她的在場是對戴維斯的一種校正。瓊並不像書中的其他主要人物那樣執著於科學理性,也對許多事情保持隱忍的態度。她曾經遭到強暴,因此知道安娜的性怪癖,她了解戴維斯在利用活人的DNA進行複製,她默默地愛著戴維斯但並不吐露。

她勸戴維斯從女兒被害的悲痛中擺脫出來,不要沉溺於過去。她說:「這世上到處都是邪惡,一個壞人死去,就形成一個真空,另一些人會被吸進去。消滅了那些做壞事的人並不代表就消滅了邪惡,又會有一些人代替他們。邪惡就像地心引力一樣永遠存在。我們可以採取的最好辦法,就是盡量讓我們自己和我們所愛的人,都站在正義的一邊。」乍看瓊的理論並沒有什麼說服力,但就是這種隱忍和純粹的宗教態度,使得她能夠始終沒有偏離正義。當她最終無意間發現警方對山姆的問訊紀錄、從而表明山姆根本不是凶手的那些材料時,深愛著戴維斯的瓊「用長長的棕色膠帶把每個箱子的內容都埋藏了起來」。她心底十分清楚,就像生物複製打開了潘朵拉的盒子、戴維斯複製賈斯汀推倒了罪惡的多米諾骨牌一樣,如果她再次讓過去暴露,罪惡的機器將會再一次啟動。

約伯是耶和華的僕人,完全正直、敬畏神,卻屢遭撒旦的試探,被奪去了財產、親人,從腳掌到頭頂長滿毒瘡。他不明白這一切都是為了什麼,於是不斷地懷疑申訴,但他始終不背棄上帝。他這樣說:「智慧從何處來呢?聰明之處在哪裡呢?是向一切有生命的眼下隱藏,向空中的飛鳥掩蔽……神明白智慧的道路,曉得智慧的所在。因他鑒察直到地極,遍觀普天之下。要為風定輕重,又度量諸水。他為雨露定命令,為雷電定道路。那時他看見智慧,而且述說;他堅定,並且查究。他對人說:『敬畏主就是智慧,遠離惡便是聰明。』」

複製邪惡_正面書封+書腰_建檔版 (1)也許,《複製邪惡》也想告訴我們,敬畏自然生命的神聖和現實生活的神祕蕪雜,我們才能夠認識善的理念,站在正義的一邊。這是我們進入世界、在世界中存在的最恰當的方式。

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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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從遺傳學角度剖析:女性能在體育場上超越男性嗎?——《運動基因》
行路出版_96
・2024/08/10 ・3722字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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科學期刊的預言:女性能追趕甚至超越男性?

我在 2002 年還在讀大四時,第一次看到兩位 UCLA 生理學家的論文〈不用多久女性就會跑得比男性快?〉,當時我覺得這個標題很荒謬。在那之前我花了五個賽季,進行 800 公尺中距離跑步訓練,成績已經超越世界女子紀錄。而且我還不是自己接力隊上跑最快的。

但那篇論文發表在《自然》(Nature)期刊上,這是世上極具聲望的科學期刊,所以一定有些道理。大眾就是這麼認為的。《美國新聞與世界報導》雜誌在 1996 年亞特蘭大奧運之前,對一千個美國人做了調查,結果其中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。

1996 年亞特蘭大奧運前,一千位美國人中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。 圖/envato

《自然》期刊上那篇論文的作者,把男子組和女子組從 200 公尺短跑到馬拉松各項賽事歷年的世界紀錄畫成圖表,發現女子組紀錄進步得遠比男子組急速。他們用外推法從曲線的趨勢推斷未來,確定到 21 世紀前半葉,女性就會在各個賽跑項目擊敗男性。兩名作者寫道:「正因進步速度的差異實在非常大,而使(兩者)差距逐漸縮小。」

2004 年,趁著雅典奧運成為新聞焦點之際,《自然》又特別刊出一篇同類型的文章〈2156 年奧運會場上的重要衝刺?〉(Momentous Sprint at the 2156 Olympics?)──標題所指的,正是女子選手會在 100 公尺短跑比賽中,勝過男子選手的預計時間。

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2005 年,三名運動科學家在《英國運動醫學期刊》發表了一篇論文,省去問號開門見山在標題宣稱:〈女性終將做到〉(Women Will Do It in the Long Run.)。

難道男性主導世界紀錄的情況,始終是歧視女性、把女性排除於競技場外的結果?

20 世紀上半葉,文化規範與偽科學嚴重限制了女性參與運動競技的機會。在 1928 年阿姆斯特丹奧運期間,有媒體(捏造)報導指稱,女性選手在 800 公尺賽跑後筋疲力竭地躺在地上,這讓一些醫生和體育記者十分反感,使得他們認為這個比賽項目會危害女性健康。《紐約時報》上有篇文章就寫:「這種距離太消耗女性的體力了。」〔1〕那幾屆奧運之後,在接下來的三十二年間,距離超過 200 公尺的所有女子項目,都突然遭禁,直到 2008 年奧運,男女運動員的徑賽項目才終於完全相同。但《自然》期刊上的那幾篇論文指出,隨著女性參賽人數增多,看起來她們的運動成績到最後可能會與男性並駕齊驅,甚至比男性更好。

運動能力的基因密碼:性別差異的生物學根源

我去拜訪約克大學的運動心理學家喬.貝克時,我們談論到運動表現的男女差異,尤其是投擲項目的差異。在科學實驗裡證實過的所有性別差異中,投擲項目一直名列前茅。用統計學術語來說的話,男女運動員的平均投擲速度相差了三個標準差,大約是男女身高差距的兩倍。這代表如果你從街上拉一千個男子,其中 997 人擲球的力氣會比普通女性大。

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不過貝克提到,這種情形可能是反映女性缺乏訓練。他的太太是打棒球長大的,輕輕鬆鬆就能贏過他。他打趣說:「她會發出一束雷射光。」那麼這是生物學上的差異嗎?

男性和女性的 DNA 差異極小,僅限於在女性身上為X或男性為Y的那單一染色體。姊弟或兄妹從完全相同的來源取得基因,透過重組母親和父親的 DNA,確保兄弟姊妹絕對不會相近到變成複製人。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,它的全名是「Y 染色體性別決定區基因」。若要說有「運動能力基因」,那就非 SRY 基因莫屬了。人類生物學的安排,就是讓同樣的雙親能夠同時生育出男性的兒子和女性的女兒,即使傳遞的是相同的基因。SRY 基因是一把 DNA 萬能鑰匙,會選擇性地啟動發育成男性的基因。

我們在生命初期都是女性──每個人類胚胎在形成的前六週都是女性。由於哺乳動物的胎兒會接觸到來自母親的大量雌激素,因此預設性別為女性是比較合算的。在男性身上,SRY 基因到第六週時會暗示睪丸及萊氏細胞(Leydig cell)該準備形成了;萊氏細胞是睪丸內負責合成睪固酮的細胞。睪固酮在一個月之內會不斷湧出,啟動特定基因,關閉其他基因,兩性投擲差距不用多久就會出現。

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男孩還在子宮時,就開始發育出比較長的前臂,這使得他們日後投擲時會做出更有力的揮臂動作。儘管男孩和女孩在投擲技能方面的差異,不如成年男性和女性之間那麼顯著,但這種差異在兩歲幼童身上已經很明顯了。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,會選擇性地啟動發育成男性的基因。 圖/envato

文化與訓練的影響:投擲項目中的性別差距

為了確定孩童之間的投擲差距有多少與文化有關,北德州大學和西澳大學的科學家組成團隊,共同測試美國孩童與澳洲原住民孩童的投擲技能。澳洲原住民沒有發展出農業,仍過著狩獵採集生活,他們教導女孩丟擲戰鬥及狩獵用武器,就像教導男孩一樣。這項研究確實發現,美國男孩和女孩在投擲技能上的差異,比澳洲原住民男孩和女孩之間的差異顯著許多。不過儘管女孩因為較早發育長得較高較壯,男孩仍比女孩擲得更遠。

普遍來說,男孩不僅比女孩更善於投擲,視覺追蹤攔截飛行物的能力往往也出色許多;87% 的男孩在目標鎖定能力的測試上,表現得比一般女孩好。另外,導致差異的部分原因,至少看起來是因為在子宮的時期接觸到了睪固酮。由於先天性腎上腺增生症,而在子宮裡接觸到高濃度睪固酮的女孩,上述項目的表現會像男孩一樣,而不像女孩;患有這種遺傳疾病的胎兒,腎上腺會過度分泌男性荷爾蒙。

受過良好投擲訓練的女性,能輕易勝過未受訓練的男性,但受過良好訓練的男性,表現會大幅超越受過良好訓練的女性。男子奧運標槍選手擲出的距離,比女子奧運選手遠大約三成,儘管女子組使用的標槍比較輕。此外,女性投出的最快棒球球速的金氏世界紀錄是 65 mph(相當於時速 105 公里),表現不錯的高中男生的球速經常比這還要快,有些男子職業球員可以投出超過 100 mph(相當於時速 160 公里)的球速。

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在跑步方面,從 100 公尺到 1 萬公尺,經驗法則是把菁英級表現差距定在 11%。從短跑到超級馬拉松,不管任何距離的賽跑,男子組的前十名都比女子組的前十名快大約 11%。〔2〕在職業等級,那就是個鴻溝。女子組的 100 公尺世界紀錄,跟 2012 年奧運男子組的參賽資格還差了四分之一秒;而在一萬公尺長跑,女子組的世界紀錄成績,與達到奧運參賽資格最低標準的男選手相比落後了一圈。

不論距離,男子組前十名的跑步速度普遍比女子組快約 11%。圖/enavato

投擲項目與純爆發力型運動項目的差距更大。在跳遠方面,女子選手落後男子 19%。差距最小的是長距離游泳競賽;在 800 公尺自由式比賽中,排名前面的女子選手,與排名前面的男子選手差距不到 6%。

預言女性運動員將超越男性的那幾篇論文暗示,從 1950 年代到 1980 年代,女性表現的進展遵循一條會持續下去的穩定軌跡,但在現實中是有一段短暫爆發,隨後趨於平穩──這是女子運動員,而非男子運動員進入的平穩期。儘管到 1980 年代,女性在 100 公尺到 1 英里各項賽跑的最快速度,都開始趨於穩定,但男子運動員仍繼續緩慢進步,雖然只進步一點點。

數字很明確。菁英女子選手並未趕上菁英男子選手,也沒有保持住狀況,男性運動員則在非常慢地進步。生物學上的差距在擴大。但為什麼原本就有差距存在?

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註釋

  1.  各報上氣不接下氣地報導 800 公尺女子選手紛紛倒在跑道上。正如運動雜誌《跑步時代》(Running Times)2012 年的一篇文章指出的,實情是只有一個女子選手在終點線倒下,其餘三名都打破了先前的世界紀錄。據稱人在現場的《紐約郵報》記者寫道,「11 位淒慘的女性」當中有 5 人沒有跑完,5 人在跑過終點線後倒下。《跑步時代》報導說,參賽的女運動員只有 9 個,而且全部跑完。
  2. 過去普遍認為,隨著比賽距離拉長,女子賽跑選手會超越男子選手。這是克里斯多福.麥杜格(Christopher McDougall)在《天生就會跑》這本很吸引人的書裡談到的主題,但不完全正確。成績非常優秀的跑者之間的 11% 差距,在最長距離和最短距離同樣穩固存在。儘管如此,南非生理學家卻發現,當一男一女的馬拉松完賽時間不相上下,那個男士在距離短於馬拉松的比賽中通常會贏過那個女士,但如果競賽距離加長到 64 公里,女士就會跑贏。他們報告說,這是因為男性通常比較高又比較重,比賽距離越長,這就會變成很大的缺點。然而在世界頂尖超馬選手當中,男女體型差異比一般群體中的差異小,而 11% 的成績差距,也存在於超級長距離的最優秀男女選手之間。

——本文摘自 大衛・艾普斯坦(David Epstein)運動基因:頂尖運動表現背後的科學》,2020 年 12 月,行路出版,未經同意請勿轉載

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行路為「讀書共和國」出版集團旗下新創的出版社,出版知識類且富科普或哲普內涵的書籍,科學類中尤其將長期耕耘「心理學+腦科學」領域重要、具時代意義,足以當教材的出版品。 行路臉書專頁:https://www.facebook.com/WalkPublishing

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解密 Wi-Fi、WLAN、802.11:網路通信的差異與演進
數感實驗室_96
・2024/06/21 ・774字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

在現代社會,如果我們到咖啡廳或其他公共場所,打開筆電坐下來後,通常的第一句話都是「請問這裡有 Wi-Fi 嗎?」。

沒除了 4G、5G 行動通信以外,Wi-Fi 是我們日常生活中常用的上網方式。那麼,Wi-Fi 到底有什麼特點呢?

首先,來解釋一下幾個常見的名詞:Wi-Fi、WLAN、802.11。

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你或許都聽過這些詞,特別是 Wi-Fi,但它們之間有什麼差別呢?

LAN 是 Local Area Network,區域網路的意思。通常指的是像一間網咖這樣的範圍。而 WLAN 就是 Wireless LAN,無線區域網路,這是現在的主流用法。而 802.11,則是專門針對區域網路中無線部分的技術標準。而 Wi-Fi 呢,則可以看作是 802.11 這個技術標準的口語化說法。而 Wi-Fi 的 logo 一黑一白,與太極圖非常相似並非巧合,其 logo 衍生自太極圖,就是想取其相容於任何設備、平台,不管在哪裡都能順利連上網的意象。

有人說 Wi-Fi 在現代已經像空氣、陽光、水和電一樣,成為不可或缺的基本需求。

除了 Wi-Fi 我們還介紹 MIMO 這個關鍵技術,如果對更多技術細節感興趣,或是想聽聽像 Bluetooth 是以國王名字命名的科技小故事,都歡迎在留言告訴我們,期待與你們繼續分享更多有趣的科技知識!

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參考資料

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