精確的強大力量

你多半用手機或電腦閱讀這篇文章，在這些3C產品裡頭，有大量的晶片和電路，精密的構造往往只有我們頭髮直徑的幾十分或甚至幾百分之一的大小。因為3C產品的泛濫和廉價，製造出這些電子元件似乎是家常便飯的事，不過一般人仍難以想像：我們怎麼能夠在分毫無差的情況下，大量製造出這些精密的元件？

人類另一個科學和工程精密度的極致，應該是美國華盛頓州的漢福德與路易斯安那州的利文斯頓，雷射干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，LIGO）吧？LIGO的兩個垂直的「臂」長度有四公里，雷射在裡頭反射了五十次左右，能偵測到質子直徑千分之一大小的變化！

LIGO偵測到重力波，再度驗證愛因斯坦的相對論。相對論看似純粹的基礎物理學理論，和我們的生活似乎沒太大的關係──如果你這麼想，就和事實差遠了，因為只要用過手機的全球定位系統（Global Positioning System，GPS），就一定用過以相對論為原理的工程設計。而GPS之所以可行，也是因為我們能夠精確計時，誤差至少要小於百億分之一秒！

人類的科技究竟是如何能夠達到如此不可思議的精確度？英國作家賽門．溫契斯特（Simon Winchester）的《精確的力量：從工業革命到奈米科技，追求完美的人類改變了世界》（The Perfectionists: How Precision Engineers Created the Modern World）帶我們進入一個又一個歷史現場，去見識完美主義的工程師，是如何不屈不撓地追求「精密度」（precision），然後徹底改變了這個世界。




溫契斯特寫《精確的力量》是因他父親就是傳說中的精密工程師（precision engineer），曾替魚雷導引系統（guidance system）設計並製造微型電動馬達（electric motor），他父親不僅偶爾偷偷冒死帶他參觀工廠，還把兩塊打磨得極為平坦光滑的金屬塊（規塊）夾帶回家，讓兒子試著把兩塊密合的無磁性金屬塊分開，這個經驗在他幼小的心靈中留下不可抹滅的記憶。

因此，當一位陌生的美國科學玻璃吹製師（scientific glassblower）寄了電郵給他，以「精密（precision）是創造現代世界的關鍵因素，卻隱藏於世人的眼光之外」為由、問他為何不寫一本討論精密工藝歷史的書籍時，他被說服了，寫出這本《精確的力量》。

現今所有的工業產品的附加價值，很大程度來自能夠提供多少精密度。同樣功能的商品，頂級、一流、次級、低價的產品，主要差別就是來自製造的過程中，工廠能掌控的精確度有多高。《精確的力量》是一本勸敗好書，因為讀了它，你人生奮鬥的目標，就會是開一輛勞斯萊斯轎車去搭乘空中巴士的巨無霸客機A380去日本搭新幹線買一支頂級的精工錶，再飛去德國把Leica的所有鏡頭都買回家⋯⋯這些工藝極致的工業產品，全都拜精密度所賜，它們也改變了人類對精密度的要求。

在對精確度要求極高的工業產品中，一個洞打得稍微有點歪的噴射引擎供油管，差點就讓澳洲航空從新加坡飛往雪梨的A380成為巨大的空中火球；耗資二十億美元的哈伯望遠鏡（Hubble Space Telescope），上了太空卻鬧了大笑話，原來它是個大近視，拍出來的照片模糊不清，原因是打磨主鏡的公司，犯了一連串不可原諒的錯誤，讓主鏡的邊緣扁平了約人類頭髮直徑的幾十分之一！還好後來工程師還是以偉大的精密工程來修正了這個尷尬到爆的糗事。

我們對精確的力量之掌控當然不是一蹴可幾，是建立在眾多前人寶貴的經驗中慢慢累積而成的，溫契斯特也讓我們認識了許多原本默默無名的偉大工程師，例如大家都熟知瓦特（James Watt，1736-1819）改良了蒸氣機而留名青史，可是要不是工業家威爾金森（John Wilksinson，1728-1808）以製造火砲的經驗，協助瓦特解決蒸氣外洩的問題，工業革命不知還會推遲多久才發生。

溫徹斯特接下來介紹了汽車迷亨利．萊斯（Henry Royce）。萊斯把他在1903年購買的二手十馬力雙缸法國德科維爾（Decauville）汽車給拆了，逆向工程地學習製造汽車的方法，並且逐個組件對進行改良，手工打造出精確度極高所有的汽車零件。萊斯設計了具有標誌性的「銀靈」（Silver Spirit），使他成為家喻戶曉的名字，溫徹斯特有幸開著一輛海藍色的銀靈為報社去探訪歐陸。在鼎盛時期，生產這些豪華汽車的勞斯萊斯工廠一天只生產兩輛。

另一方面，亨利．福特（Henry Ford）卻用流水線大量生產出一般人也負擔得起的汽車，為此福特堅持認為，製造上的完美將使每個零件完全相同，從而能夠輕鬆可靠地裝配在一起，損壞時可以輕鬆地更換每個零件，這樣的裝配線精確度對人類工業社會也產生了深遠的影響。

《美國狙擊手》（American Sniper）的主角克里斯．凱爾（Chris Kyle），曾派駐伊拉克十年，他宣稱在此期間曾射殺255名敵軍，由五角大廈提供的確定的官方記錄則為160名，為美軍史上確認狙擊人數記錄最高者。他2008年到薩德爾城外執行任務，看到1.92公里外一個武裝分子正扛著火箭發射器靠近一支美軍車隊，立刻除掉了武裝分子；2017年，距離最長的擊斃目標的世界記錄，被伊拉克作戰的一名加拿大特種部隊狙擊手打破，他在3.54公里處擊斃了一名ISIS（伊斯蘭國）武裝恐怖份子。

這些長達數公里的遠距離狙擊，除了子彈的抛物線和風速等，連地球的地面曲率都要考慮了。當然，槍械製造的精確度也功不可沒。美國絕大部分的製造業都外移到國外了，可是軍火的製造業卻大多還留在美國，美國人對槍械可說不僅是愛好，甚至還可以算是崇拜吧。然而，《精確的力量》卻告訴我們，十九世紀初的美國軍火工業，可說是粗製濫造，導致槍械經常故障，還讓美國輸掉幾次第二次獨立戰爭的戰役，當時華府的國會和白宮被英軍焚毀。

以上提到的3C產品、汽車、軍火等等，我們很輕易就能把它們和精確度聯繫在一起，可是其實就連原子筆，也對精確度有極高的要求，可別小看了筆尖的小鋼珠。製造大國中國，一直到幾年前都還製造不出那些小鋼珠，而需要大量從日本進口，這可是被視作國恥的！一直到前幾年才得到解決。

台灣其實也不落人後，最近能夠大量製造晶元的台積電，市值已超過韓國三星而成為亞洲市值最高的科技公司。在製造那些半導體積體電路晶片時，不僅精密度要極高，在所有設備和廠房中，也要維持極高的無塵度，必須符合「ISO一號」（ISO number 1）的標準，也就是無立方公尺的空氣只能有十個只有十分之一微米大小的微粒，大於此尺寸的微粒都殺無赦。

在這個錯綜複雜的工業供應體系中，我們對精密度的追求，是否讓我們愈來愈無視大自然能夠帶給我們的雅趣和魅力？日本對精確度的態度的兩面性，讓《精確的力量》專門立了一章來探討。然而，他以竹製工藝品和手工漆器為例說明日本人對大自然不精確的瑕疵所產生的美也有極致的欣賞。

可見《精確的力量》並不是一味對精確性毫無保留地崇拜，也有人文的反思。溫徹斯特真的是不可多得的優異科普作家，不需要任何科學和工程的背景，也能讀《精確的力量》讀得津津有味，讓你對我們周遭的事物，比如相機、手機、電腦、自行車、汽車、洗碗機與原子筆等等，產生許許多多的樂趣！




本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】。