地底下的模樣：想像與現實

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。

深海之下，有著許多的資源蘊藏在其中，例如天然氣、石油、金屬礦床等等，然而要找到這些珍貴的資源，就必須要先知道海床之下的地質構造，才能有效率地進行開採。怎麼樣才能知道海底下是什麼樣子呢？美國奧勒岡州立大學 (Oregon State University) 的兩位科學家在近日發表了一種新方法，那就是聽鯨魚唱歌！¹

科學家如何透過神秘的鯨魚之聲，研究海底下的世界？讓我們先從地震說起吧。

地下構造長怎樣，科學家用聽的

要知道海底之下有什麼，最簡單的方法，莫過於直接鑽井下去一探究竟，但是在海底鑽井可是一門大工程，光是鑽一口井就會花費大量的時間及成本，因此在鑽井之前，必須仰賴其他的方式進行探測，而最常使用的方式之一便是所謂的「震測」。

震測顧名思義，就是利用震動來進行測量。當地震發生時，地震波會在地底下傳遞，而地震波在不一樣的地層之中有著不同的速度。這使得地震發生後，行經不同路徑的地震波，抵達同一個地點的時間會有差異，而也是因為這個差異，讓科學家可以藉此推測地底下的構造是如何。

然而地震的發生並不是人為可以控制的，因此除了自然的地震以外，有時也需要一些超自然人為的震動，其中最常見的方法就是用空氣槍 (air gun) 產生聲波，再藉由聲波在地層中的傳播來得到震測結果。

為了監測奧勒岡州外海的斷層，研究團隊 Kuna 和 Nábělek 等人在 2012 及 2013 年之間，總共施放了 54 個海底地震儀 (Ocean-bottom seismometer)。然而，除了地震波的訊號以外，他們意外地發現了一些不一樣的訊號。

海洋裡的大聲公：長鬚鯨

海底地震儀所接收到的神祕訊號，在 Kuna和Nábělek 的好奇研究之下，終於發現聲音的主人──長鬚鯨。是的，你不敢相信鯨魚在身邊~♪

長鬚鯨 (Balaenoptera physalus) 是僅次於藍鯨的現今第二大生物，體長最多可達 26 公尺，體重最高為 80 公噸，長鬚鯨也是海中數一數二的游泳高手，最快的速度約是 15 節（時速約 28 公里）。善於游泳的長鬚鯨會隨著季節進行長距離的遷徙，廣泛分布在全球的海洋之中，絕大多數的大洋中都可以發現牠們的蹤跡。

而被地震儀記錄到的，正是長鬚鯨的歌聲，它的歌聲不像大翅鯨的長音，而是類似於鼓聲的短音（歌聲在此），一唱便可以連續數十幾個小時，只有在水面換氣時會短暫停止。長鬚鯨的聲音最高的記錄為 189 分貝，相當於大型船艦航行時發出的聲音，巨大的聲響足以在海洋中傳播數百公里之遠。

發現了如此宏亮又長時間的聲音訊號，讓 Kuna 和 Nábělek 想到，是否可以利用鯨魚的歌聲來繪製震測剖面圖呢？於是發現了歌聲的主人之後，他們又繼續分析起鯨魚的歌聲。

來自鯨聲的震測剖面

Kuna 和 Nábělek 發現，訊號中長鬚鯨歌曲是由兩種頻率不同的叫聲相互交錯組成，一種是頻率約在 20-25 赫茲的高頻音，另一種則是大約 15-20 赫茲的低頻音。為了減少低頻噪音的影響，他們只選用高頻音作為分析對象，每首歌所包含的叫聲次數為 212-593 次，每次叫聲的間隔大約是 30 多秒。

而鯨魚的位置也可以從聲音來判斷，根據從直線抵達地震儀的聲音訊號，以及經過反射後才抵達的訊號間的時間差，可以推算出鯨魚和地震儀之間的距離。知道了距離之後，還需要方向與深度才能確定鯨魚的位置，地震儀可以記錄方位，但鯨魚的深度卻無法得知，還好長鬚鯨大多只在水下二十米以內的深度活動，因此 Kuna 和 Nábělek 假設鯨魚的深度為十公尺，這樣一來就可以推測出鯨魚所在的位置，也就可以正式開始震測圖的繪製了。

Kuna和Nábělek從三個地震儀中各別分析了兩首歌，總共有六首歌，也就是得到了六個震測結果。結果顯示在每個地震儀的兩首歌之間，所計算出來不論是 P 波和 S 波的波速，或者是玄武岩之上的海洋沉積物厚度，都有著相近的數據，代表了長鬚鯨的歌聲確實可以被用來作為震測的音源。

未來的震測資料，會變成鯨魚們的專輯嗎?

使用鯨魚的歌聲來繪製震測圖有許多的優點。事實上，傳統常使用的空氣槍，並非在所有地方都可以使用，而人造的巨大聲響更會形成海洋中的噪音污染。因此使用鯨魚的歌聲除了可以補足空氣槍無法使用的範圍，也可以減少海洋中的噪音，更是幾乎全年無休的自動訊號來源，最重要的是用生物取代非生物比較討喜啊，Pui~Pui~

雖然有上述的優點，但這款長鬚鯨震測仍有些缺點，例如長鬚鯨的聲音頻率偏低，難以得到高解析度的結果（作者表示聲音較高的抹香鯨很有潛力），因此只適合在地型構造較為單純的環境下進行。若要觀測複雜的構造，則需要搭配多個地震儀同時進行觀測，或者利用演算法來協助分析數據。

或許有一天，鯨魚的歌聲真的可以取代會造成空氣槍這個目前的必要之惡。到那個時候，如果在海下探險是你的願望，那就放下儀器向鯨魚問路吧！

參考資料

1. Kuna, V. M. & Nábělek, J. L. (2021). Seismic crustal imaging using fin whale songs. Science, 371, 731–735.
2. Aguilar, A., & García-Vernet, R. (2018). Fin whale: Balaenoptera physalus. In Encyclopedia of marine mammals (pp. 368-371). Academic Press.
3. 臺灣大百科全書：海洋震測

• 文／馬國鳳

大地震總是難免會帶來傷亡和損失，為此從科學面來看更應盡其所能的將地震所帶來的各種數據觀測徹頭徹尾的研究。因此，雖然九二一集集地震許多台灣人的傷痛，但在地震科學界，也因此地震而有了獨步全球的研究成果；即使我們都不希望再有這樣的強震發生，但卻無法無視自然的法則。從強震中挖掘出更多未知，解決地震危害的問題，便是從事地震科學相關研究的學者畢生職志。接著，讓我們看看集集地震讓學界學習到了什麼。

每到九月，總是讓我們想起 1999 年的 9 月 21 日的集集大地震，當年地震帶來的災害至今仍讓大家餘悸猶存。在大地震發生後，臺灣不論在地震科學、工程或防災上，都有更深入的推廣及學習，相關的成果也為世界所重視。藉由此機會，本文將介紹近年來由臺灣出發而獲世界重視的斷層動力科學觀測及分析成果。

天搖地動後，萬眾矚目的車籠埔斷層

由於前人睿智的建議，臺灣自 1993 年開始，由中央氣象局地震測報中心架設了全世界最高品質且密集的強地動觀測網，成為當時全世界唯一在災害性地震發生前擺設完成的強地動觀測網。因此，在 1999 年集集地震發生後，此觀測網資料為世界提供了解大規模破壞性地震機制最全面的研究。

另外，也透過地震資料分析及其斷層模式反演，以及地表地質的觀測，了解到破裂的車籠埔斷層北段有高達約 12 公尺的斷層滑移量，及長週期的大滑移速度值，但是在南段雖無太大的滑移量，卻有高頻振動以及高的地震動加速度，而這種大的滑移量與滑移速率的整體斷層運動行為特別受到了世界的矚目。

集集大地震的這些現象為何會受到全球的關注呢？

首先，在當時對於地殼應力的理解中，是無法造成如此大的斷層位移的；其次，一直以來，地震工程大多認為是地震動加速度才是造成災害的主因，但此次地震資料也揭露了大地震的滑移速度之週期對大型建物的影響；最後，在分析災害行為中，也暗示了地震破裂的複雜動力行為，故集集地震提供了地震科學及工程深切了解斷層大滑移量的物理機制及其災害特性。

啟動斷層鑽探計畫、裝設現地井下地震儀

因此，在突破性的科學研究、國科會（現科技部）的支持下， 2006 年開啓了臺灣與美、日、德、義等多國共同參與的世界矚目的國際型臺灣車籠埔斷層鑽探計畫 (Taiwan Chelungpu-fault Drilling project, TCDP) 。

成功的鑽探到集集地震的滑移帶，其厚度約為毫米等級，且含有非常細緻，約為奈米等級的黏土礦物斷層泥，此項鑽探結果除了增進對地震能量分區的理解，也了解到地震動力學的行為是需要地質及地震科學相互的配合。

如上述，集集地震時的高品質密集地震記錄及成功的滑移帶鑽探，提供世界研究地震動力的分析基礎。因此，透過理論力學分析地震運動滑移的時間及空間分佈，研究團隊也得到地震斷層面上的動力學參數，顯示剪切應力在斷層面上分佈的不均勻性，且其斷層摩擦力會隨時間及空間變化的複雜性。

在地震總能量的分析上，藉由集集地震鑽探計畫所得到的斷層泥顆粒及厚度，得出產生此斷層泥的破碎能所做的功。在鑽井後的地球物理井測（分析穿透地層地性質的技術）及溫度量測，分析地震中熱能的耗損，以及鑽探所得的斷層帶岩芯、岩石力學分析等，皆為現在斷層力學中的高引用度文章。熱能為地震力學中最難分析的數值，在測量中所得斷層帶低摩擦係數，也促使往後世界各國在大地震後進行測量摩擦熱的鑽井計畫 (例： 2008 年汶川 WCSD 及 2011 年日本東北大地震 J-FAST) 。

隨著 TCDP 鑽井計畫成功定義出 1999 集集地震的滑移帶，研究團隊接著在井孔內安裝現地井下地震儀 (臺灣車籠埔斷層井下地震儀「Taiwan Chelungpu Fault Drilling Project Borehole Seismometers Array, TCDPBHS」) 以監測發生大滑移量後的斷層帶行為。

地震動力學的研究對了解地震物理行為，如起始、傳播和癒合至關重要，斷層滑移的物性關係是地震震源動力描述的關鍵，而科學深井鑽探計畫，提供了難得的機會觀察斷層深處的破裂，讓我們得以了解 1999 年集集地震的物理環境。

其簡略流程約為：

1. 首先，在彈性張量儲存以及釋放之處，也就是巨大的錯動破裂面上取出一段連續的岩心剖面
2. 在高速大滑移量區採樣
3. 確定斷層帶內的物理條件（應力、孔隙壓力、溫度）。

之後，再配合跨斷層帶的現地井下地震儀，提供斷層帶動態變化的近距離觀測資料，以了解大地震後斷層帶的構造及變化。

在多年血汗淚之後，科學家的研究成果是？

雖然 1999 年集集大地震造成大規模的災害，但由於在地震發生之前，已密集架設的強震站也提供了對集集地震進行廣泛研究的機會。因此，此項寶貴的資料除了促使世界關注高質量的近斷層資料，也提供了機會給地震學和地震工程師能更全面了解破壞性地震的災害特性。近地表最大的滑移量可達約 12 公尺，緩傾構造為科學鑽探提供了獨特的機會來了解大滑移量的斷層物理特性。

透過此項計畫，研究團隊發現微米級的滑移厚度是集集大地震的重要證據；由現地溫度測量得到的低摩擦係數也是解釋在地殼斷層是強或弱的悖論的重要發現；透過跨斷層現地井下地震儀的多年觀察，研究團隊持續努力透過近距離地震觀測資料揭示斷層帶的動力學。

從最近的研究中發現，透過動態觸發，斷層帶可能被區域或遠距離的地震影響，導致速度與應力異向性的變化，進而在大地震後，與世界上的斷層帶可能有遠程的連結；透過大地震後斷層帶的現地井下地震儀，研究團隊可以近距離觀測斷層帶行為及其隨時間的演變情形，獲得第一手資料，並瞭解地震的誘發行為。

與科學家一起展望地震科學的未來吧！

地震科學不只是科學研究，它與民眾、社會及國家經濟都有重要的關聯。隨著對地震科學前瞻研究的投入，研究團隊在幾年前再次結合地質及地震科學，成立臺灣地震模型 (Taiwan Earthquake Model, TEM) ，瞭解臺灣的斷層及孕震特性，尤其斷層震源破裂的物理特性，藉由分析其地震波傳遞特性來了解臺灣各區域的地震危害潛勢。而地震危害潛勢分析以及未來希望獲得推廣的全震源時間及空間的地震景況與情境模擬，除了有助於地震工程及政府相關法規的推展外，亦對產業面對的地震危害有更先進的風險管理，以降低下次災害性地震帶來的風險

• 延伸閱讀：防震不是只有預警那麼簡單：大地震過後，下一步該怎麼走？

臺灣位於活躍的板塊活動區，地震的發生是必然的。因此在科學面上，研究團隊希望臺灣可為世界帶來更多先進的觀測及前瞻性的科學研究成果；同時，也希望透過地質及地震科學的研究，整合相關領域，提供政府及民間甚至產業更多的地震防災資訊及知識，並透過科普教育的推廣防災知識。研究團隊已為此建立了 「震識」部落格，以透過社群網站提供正確的地震地質及防災知識，使地震科學教育更加落實。

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《九二一地震啟示錄：科學家的課題》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。