從看不見的微觀世界，到浩瀚宇宙與人類文明，

我沉浸於探索那些存在於不同尺度之間、看不見卻深刻的連結。

（圖片來源：作者提供）

很多人覺得我的研究跨越了許多不同領域。常有人問我：「妳的研究領域好像跨得很廣， 究竟是研究物理化學、生醫、氣膠科學、環境，還是永續生態？」

其實，我的研究主旋律一直以來都是同一件事情:「這世界中物質的聚散和合生滅，物質與能量的流動，以及它們所造成的漣漪」。只是，我不斷嘗試從不同視角、尺度，利用或者自行開發各種可能的方法、技術及工具來理解這些事情。從微觀的原子、分子、電子到胜肽、蛋白質、氣膠，從微生物到人體，從城市到地球生態，最後回到人類文明。

我們太習以為常地將知識切割分門別類，如此固然能夠將知識系統性地歸納整理，但也往往因此，錯失了看見一個事件全貌的機會。這一路走來，我愈發相信：真正重要的，不是在哪一個學科領域，而在於能否看見不同尺度之間不可見卻深刻的連結。

第一尺度：與原子、分子、光子與電子相遇 —— 理解世界的開始

我的跨尺度科學探險，始於肉眼看不見的微觀世界。還記得1999年某天午後，李遠哲教授帶領我走進位於台大校園內的中央研究院原子與分子科學研究所的雷射光譜與化學反應動力學實驗室。那時雷射實驗正在進行著，綠色的 532 nm雷射脈衝光不僅驅動光化學反應的發生，也驅動開啟了我探索原子與分子世界的大門。

我在就讀台灣大學化學研究所碩士期間，跟隨李遠哲教授學習分子化學反應動力學及雷射光譜。我的碩士論文題目是研究大氣及星際化學中的重要分子環丙烷在受到157 nm光子激發後如何發生光解，以及利用交叉分子束技術研究環丙烷與單重態氧原子之反應動態學。這段期間，我沉浸在原子與分子的微觀世界中，探索分子如何與光子或原子發生碰撞？能量如何流動？化學鍵如何被破壞? 新的化學鍵又如何形成？

沉醉於物理化學之美，我於2003年負笈前往美國加州大學柏克萊分校化學系繼續攻讀博士。師承 Prof. Daniel Neumark院士， 我的博士論文主要是利用光電子顯影(photoelectron imaging)技術探討超低溫下奈米級超流體氦滴的電子能級結構及光動態行為。光電子顯影技術讓我們能從光電子影像中分析光電子的動能分布，並像偵探般回推光電子在奈米氦滴中如何受到光子激發而游離生成，從哪一個能階游離，以及它們在氦滴中的各種光動態 (photodynamics)。猶記得那段歲月中，為了提出合理的機制以解釋觀測到的光電子光譜，我甚至在睡夢中化身成光電子，想像自己在無阻力的超流體奈米液滴中遊歷的景象。

我在取得博士學位後緊接著在美國勞倫斯柏克萊國家實驗室從事博士後研究工作，更進一步利用由超快雷射產生的高階諧波(high harmonic generation，HHG)紫外光對奈米氦滴在飛秒至皮秒時間尺度下的動態行為進行研究。這段期間的薰陶，為我後來回國後開發建置領先全球的真空紫外光氣膠光電子光譜技術奠定了關鍵且必要的基礎。

第二尺度：從氣體分子到氣膠微粒 —— 創立亞洲唯一之氣膠科學研究中心

我鑽研的對象也一路從最初的氣體分子，到奈米級超流體氦滴，再到氣膠懸浮微粒。在探討這些肉眼不可見物質的過程中，讓我得以窺見微觀世界下隱含的宇宙秩序。氣膠是泛指懸浮在空氣中的顆粒狀物質。它們的生成、轉化、受到環境狀態的影響，乃至它們對整體環境、氣候以及生物體健康造成的影響，讓我對氣膠科學深深著迷。看似微小的氣膠懸浮微粒，它們的質譜或光譜等實驗數據中卻訴說著屬於它們獨特的故事，包括它們是誰？從哪裡來？旅途中經歷過哪些事情？可能對環境或生物體造成甚麼影響？

由於當時沒有合適的設備技術來探討氣膠的物理化學特性，我在2010年回台後開始開發建置真空紫外光氣膠光電子光譜儀以及時間解析氣膠紅外光譜儀，幫助我們對於氣膠的價電子能級結構特性以及氣膠隨時間生成演化的動態過程有更深入的認識。我率領研究團隊利用真空紫外光氣膠光電子光譜儀量測了一系列生物氣膠，包括胺基酸、胜肽、苯酚類及單萜烯類水溶液氣膠在不同酸鹼值下的變化，為這些重要氣膠的氧化還原特性及液氣介面水合結構等特性提供微觀分子層次的認識。我們也利用時間解析氣膠紅外光譜儀探測單萜烯類與臭氧反應，經過一系列反應中間體，最終生成次級有機氣膠的動態過程，並首次觀測到α-蒎烯臭氧化生成克里奇中間體的實驗證據。

有感於氣膠科學的重要性及高度跨領域本質，我於2016年在中山大學的大力支持下創立了氣膠科學研究中心，這也是全亞洲唯一以氣膠科學為研究主軸的研究中心。除了鑽研氣膠基礎科學研究，我也與氣膠中心的跨領域校內外合作夥伴們致力探討氣膠與大氣、水體、陸地與生物體之間的緊密關聯。同時，我也嘗試與產業界夥伴合作找出能夠改善空氣品質的方法， 包括各類空氣汙染源的防治、減排與淨化。我在 2022 年成立「AIR HoPE 產學研發平台」， AIR HoPE 的英文名稱取自為 Academic-Industry Research Hub of People and Earth，期許此產學研發平台能為人類與地球帶來福祉，各字母縮寫後的 AIR HoPE 則具有為改善空氣帶來希望的意涵。

在此同時，有感於提升全民氣膠科學及永續發展之科學與人文素養的重要性，我在氣膠中心的組織架構下建置了 AeroMUSIC 國際共學群， 以博物館、大學、K-12學校、產業、地方與國際社群 (Museum, University, School, Industry, Community, MUSIC) 為五大共學族群對象。我與氣膠中心的夥伴們會根據各學習族群之屬性及背景知識量身規劃各類與氣膠科學、潔淨空氣乃至永續發展相關議題之STEAM人才培育課程、工作坊及客製化活動。“AeroMUSIC”之另一寓意是期許透過此共學群之開展，創造一個全球化、跨領域、以議題為導向之新型學習環境, 使得社會上不同族群都能對共享的空氣達成共識並跨域協作，譜出美妙的空中交響樂。我與夥伴們將此項任務暱稱為AeroMUSIC閃躍新心星計畫，期許地球能在人們建立起共同願景並共同努力下，躍升成為一顆嶄新的、閃閃發亮的、人們齊心共好的美麗星球。

第三尺度：從生物分子到生物氣膠到預防醫學 —— 理解生命的奧秘

這個跨度著實有點大！我在2010年完成在加拿大英屬哥倫比亞大學研究星際氣膠的博士後研究工作，回國後開始於中山大學化學系任教，並著手建立自己的氣膠與生醫科學實驗室。有感於全球空氣汙染的嚴重性以及人們當時對於氣膠化學的認識尚不夠深入，我開始投入了探討與地球相關之氣膠科學的議題。我當時一方面致力於開發建置全新的氣膠光電子光譜技術，一方面也希望從分子層級更深入了解人體健康究竟是如何受到空氣污染的影響。我的研究重點不僅從星際轉回到地球，還從超高真空實驗環境跨進了更貼近真實生物分子所處的環境場域。

我選擇了維持人類及哺乳類動物生命最重要的分子—負責輸送及釋放氧氣到全身細胞組織的血紅蛋白。這是一次至關重要的跨越，也需要相當的勇氣跨出舒適圈。我開啟了血紅蛋白與其功能缺損導致疾病相關的研究。由於實驗物理化學家總愛在實驗室中動手將儀器拆拆裝裝，我開始研究血紅蛋白的第一件事情，就是將它給拆了！透過研究如何將血紅蛋白四聚體α₂β₂ 拆解為單體，我深刻地認識並驚嘆於血紅蛋白結構之精妙！人體所有的器官、組織與細胞能夠順利得到足夠的氧氣的供應，都要歸功於血紅蛋白及其異構因子的運作，我也從中體會到， 呼吸這件事完全是大自然的恩賜。

我在研究血紅蛋白結構與功能的過程中，釐清了半胱胺酸在維繫血紅蛋白結構的關鍵功能性角色，解開了困擾學界多時的議題- 原來血紅蛋白有三種不同位點的半胱胺酸殘基，而每一個位點都扮演著一個重要功能性角色。血紅蛋白總共有 576 個胺基酸殘基，但有趣的是只要它的6個半胱胺酸位點被破壞，它的四聚體結構就會被瓦解成為四個球蛋白單體 (J. Phys. Chem. B 117, 9831, 2013)¹。這一系列血紅蛋白相關的研究工作也讓我們取得了國內外共7項可用來治療與血紅蛋白功能缺損所導致之缺氧性疾病的小分子藥物發明專利，包括用來治療血液疾病及阿茲海默症在內等失智症的新穎療法以及高壓氧輔助療法。除了血紅蛋白，我也利用自行建置的氣膠紫外光光電子光譜首次揭開生物體內最重要的抗氧化劑-穀胱甘肽在不同酸鹼值下的價電子能級結構， 為其強抗氧化劑之特性提供了分子層級的理解。

2019年底，COVID-19疫情爆發，並在短短幾個月內席捲全球。多年來投入氣膠研究，讓我在疫情爆發初期就警覺到氣膠傳播可能是一個重要須防範的傳播途徑。我在2020年初寫了一篇提醒大眾留意氣膠傳播的社論文章。由於當時防疫策略大多以接觸傳播與飛沫傳播為主， 這篇文章沒有引起太多的注意。甚至當我提出示警，COVID-19 可能經由空氣傳播時，也有些朋友出於關心開玩笑地提醒我，小心「越界」囉！當然，病毒氣膠們在空氣中傳播時，並不會管它當下是身處微生物學，氣膠科學或是物理化學。 

我開始彙整各種呼吸道病毒的氣膠傳播證據，並開始撰寫一篇完整交代病毒氣膠如何生成、傳輸以及被吸入導致感染的科學機制。我也在文章中提出能夠有效預防氣膠傳播的防疫策略方法並邀請我們的國際合作夥伴擔任共同作者，一起完成了這篇題為"Airborne Transmission of Respiratory Viruses" 的評論性文章²。這篇文章於2021年8月被國際權威期刊 Science 刊登，它的Almetric (全球影響力指標) 為 Science 迄今刊出的九萬三千多篇論文中的高居第二名，發揮了關鍵性的全球影響力，引領全球重新理解氣膠傳播的科學機制。我們在文中提出的氣膠防疫策略被美國 CDC、WHO 及 EU 採納引用， 並作為新頒布之降低室內氣膠傳播風險指南手冊的重要參考資料。COVID-19全球大流行讓世界開始重視經由病原體以生物氣膠形式在空氣中傳播的疾病。它也讓人們深刻感受到：原來我們並沒有想像中那麼彼此獨立。我們共享的不只是天空，也共享每一次呼吸的空氣。

第四尺度: 從實驗腔體到真實世界—— 整個世界都是我的實驗場

根據研究議題的開展，我的實驗場域也不斷地跨越各種尺度。一開始大多數實驗都是在實驗室的腔體中進行，包括進行交叉分子束實驗以及光電子光譜實驗所需的超高真空腔體環境， 到後來模擬外星或地球大氣環境的氣膠腔體。實驗室的腔體實驗能夠允許研究者在可精準調控的實驗條件下，有系統地進行實驗。為了更加了解真實世界中不同環境場域的氣膠特性， 化學組成、來源及生成演化機轉， 我的研究場域也從實驗室內跨進了真實世界。

我帶領氣膠中心的研究團隊針對各種不同環境場域的氣膠及其氣態前驅物進行探究，包括城市、港區、工業區，甚至居家場域。當全球進入後 COVID 時代，全球各國開始更加重視室內空氣的潔淨，以降低室內感染的風險。我的研究範疇也開始觸及一些高風險場域可能存在的致病性氣膠，包括醫療場域、廢水處理廠等。這些真實世界的場域都成了我探索氣膠本質的實驗場。

第五尺度: 從星際回到地球 —— 原來我們都在同一顆球上

緣於對浩瀚宇宙與天文的好奇與興趣，我在因緣際會下於2008年前往加拿大的英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia, UBC) 化學系從事博士後研究，從事與星際化學相關的氣膠研究，這也是我一腳踏入氣膠科學的緣起。我當時利用時間解析紅外光譜研究土星的最大衛星，泰坦星（Titan）的氣膠，包括它的生成、演化及化學組成。泰坦星的大氣層是一層橘色薄霧。彷彿為泰坦星蒙上了一層神秘面紗，也吸引世界各國科學家爭相一探究竟。我當時對泰坦星大氣中有機氣膠的本質及其形成演化的機制進行了深入的探討，首次發現了泰坦大氣層中氣膠的層狀分布。在當時卡西尼-海更斯(Cassini-Huygens)太空任務觀測認為泰坦星的高空可能存在甲烷冰雲，但沒有人真正知道甲烷雲到底能不能存在，以及它們是如何形成的。我當時利用超低溫氣膠實驗系統模擬 Titan 對流層的大氣條件，首次在實驗室中重建了泰坦甲烷雲，並平息了在當時一些與泰坦星大氣本質相關的重大爭議，對泰坦星氣膠本質的認識作出突破性的貢獻 (Icarus 206, 787, 2010) ³。這段期間的研究也讓我體會到， 原來大氣環境條件，包括溫度、壓力以及週邊物質，竟對於氣膠的生成演化及化學組成扮演著決定性的影響，大氣的溫度只要稍微改變半度，就有可能完全改變氣膠的組成及特性。原來，這樣微小的粒子，竟能牽動如此巨大的系統。

在加拿大 UBC 這段時期的研究工作，讓我的研究視角，悠遊於微觀的分子層級，以及宏觀的行星層級之間。我開始深刻地理解到環境如何影響氣膠的生成與本質，而氣膠又如何影響整個星球的熱平衡。從星球視角看各個行星、衛星、我也發現人類真的很渺小。我們與所有的萬物， 其實都活在同一個球體上， 是相互依存的命運共同體。

第六尺度: 從氣膠到地球永續與一體健康 —— 我們始終彼此相連

研究氣膠多年後，我發現：氣膠從來不是獨立存在的。它可能來自海洋、來自森林、來自土壤、來自城市，也可能來自我們每一次呼吸。氣膠是連結著：大氣圈（Atmosphere）、水圈（Hydrosphere）、岩石圈（Lithosphere）、生物圈（Biosphere），以及人類活動所形塑的人類圈（Anthroposphere）的關鍵物質。我近期開始提出「氣膠圈（Aerosphere）」的概念，因為我發現，氣膠是地球系統中連結所有圈層最重要的媒介之一，卻也是最常被忽略的一類物質。

當我從地球系統的角度重新看待空氣時，我看見：人類的健康、動物的健康、植物的健康，以及地球的健康，其實從來沒有真正分開過。One Health（一體健康） 並不是人類發明的概念或口號， 它是自然最本真的樣貌。

第七尺度: 回歸內在看IDG × SDG —— 從呼吸文明重塑人類未來

我近幾年常在思考一個問題: 如果科學已經知道答案，新科技已經提供解決問題的方法，為什麼人類行為以及一些法規制度仍然難以改變？隨著聯合國17項永續發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs）的進度嚴重落後，全球有愈來愈多人開始體認到許多外在環境的改善，必須回歸到人們內在價值觀與素質的改變。2022年，我在因緣際會下接觸到國際非政府組織「內在發展目標」(Inner Development Goals，IDGs）。第一次接觸到 IDG Framework 時，我立即感受到內心深刻的悸動與共鳴——或許這正是要驅動社會轉變所需要的燃料啊！IDG Framework中涵蓋了存在、思考、聯結、合作與行動五大面向，其中包括了內在指南針、自我覺察、複雜性覺知、系統思考、長期導向及願景、感恩、連結感、同理心與慈悲、溝通及共同創造技能、勇氣、資源的覺知運用等共25項關鍵內在能力。我感受到內心的召喚， 並隨即引領氣膠中心率全國之先於2022年9月設立了台灣的第一個 IDG 據點－台灣高雄內在發展聯盟 (Taiwan Kaohsiung IDG Hub for SDGs)， 並開始積極將 IDG 的核心理念融入我們推動中的氣膠科學、呼吸教育、永續發展教育中。我由衷地期待，人們不只是學會如何保護環境生態永續，更能培養面對未來世界所需要的內在能力。

氣膠中心自2022年以來在推動IDG × SDG的成效也受到IDG總部與各國IDG據點高度重視。2025年10月在瑞典斯德哥爾摩舉行的「內在發展高峰會」（Inner Development Goals Summit 2025）從全球的IDG據點中，選出三個最具代表性的案例進行國際分享，分別來自台灣、美國與阿根廷。由我率領氣膠中心所執行的IDG Hub脫穎而出，我應邀於2025 IDG Summit高峰會上發表實例演說，與來自全球的學者、政策領袖及創新行動者共同探討「內在發展目標」（IDGs）與「永續發展目標」（SDGs）的融合之道。圖8以推動氣膠傳播防疫規範轉移為例， 說明IDG framework中的關鍵內在素質可促進 9 項永續發展目標 (SDGs)之實踐 (Humanit. Soc. Sci. Commun. 13, 909, 2026)⁴。

近年來，我也挹注心力投入科技女力與性別平權的推動工作，並與國內外女科技人、女企業家等社群組織密切合作。在男性為多數的理工科技領域，我們的社會很習慣以學生數、教職員數、領導階層甚至各類委員會女性所占比例來衡量某機構在推動性別平等的成效。然而，這些數字背後其實反映出了導致工程與科學領域女性人數偏低乃至性別不平等的社會體制結構、觀念與刻板印象，從個人到群體，從思考到行動模式更深層的陰性特質與陽性特質的失衡。我們的社會體制常常在集體無意識中壓抑了男性的陰性特質，以及女性的陽性特質。我深信，在全球正面臨著氣候、生態、社會、經濟各種挑戰的時代，提升對自我或群體的覺察，善用存在於所有人之內的陽性及陰性特質，形塑更同理包容、更尊重生命本質及其多元性、注重感知覺察、以關係當責為核心的新領導範式，才能真正驅動人類生活方式與個人乃至社會整體價值觀的轉變。我把氣膠科學、呼吸、SDGs、IDGs、One Health以及重視陰陽特質平衡的未來新領導範式，放進同一張文明藍圖。我將它叫做「呼吸文明（Breathing Civilization）」。

呼吸文明：所有尺度的交會

回看來時路，我愈來愈清晰，自己一直都在提問同一個問題，只是從不同的尺度去探問並找答案。從分子、氣膠到生物體，我感受也反覆驗證著那股看不見卻連結萬物的力量。從血紅蛋白、呼吸科學到PM2.5預防醫學，我體會到所謂的健康其實是來自生物體與大自然能夠順暢地交換氣體與物質。從新冠肺炎大流行到空氣傳播防疫範式轉移，我發現原來我們與彼此、與環境一直都緊密依存。從氣膠與地球各大系統的連結，我也看到其實沒有任何單一系統能夠獨立存在。

「呼吸文明」漸成為我一路跨越多重尺度探索後自然匯聚的願景，一種從呼吸重新理解生命、地球與人類文明的方式。大氣中的氧，經由呼吸成為肺泡中的氧。再經由氣血交換過程從肺泡中的氧，成為血液中的氧，最終成為各個器官組織細胞中的氧。生命原本就是一場持續交換的過程。每一次呼吸，都是大氣與人體之間最精密無間的合作。所謂健康，則來自於這場交換能完美順暢地進行。這不是一門新的學科，它更像是一種新的視角與生活方式，一種從跨尺度理解生命、理解地球母親與其上萬物的方法。它提醒著我們，生命中最重要的事物，往往存在於不同尺度之間那些看不見的連結。

新的探險，才正要展開。我依然是那個喜歡不斷探問，喜歡「越界」的科學家。我的研究，除了持續探究「世界是如何運作的」，我還想探索：我們可以如何一起共創一個值得下一代生活的文明？ 

近年來，我開始推動氣膠圈（Aerosphere）的概念，並提醒大眾健康建築、呼吸城市以及呼吸文明教育的重要性。我希望讓科學不只停留在實驗室，而能真正走進社會，走進教育，也走進每一個人的日常生活， 成為一種活著的方式。

回首這一路，我從微觀的原子世界出發，一路走向生命、空氣、地球與文明。我發現，真正重要的，或許不是研究尺度的大小，而是我們是否願意不斷擴展心的尺度，去看見更大的連結。我相信，未來最重要的能力之一，是跨尺度思考。能夠同時看見一個分子的變化，也看見一座城市的呼吸；能夠理解一個人的健康，也理解整個地球與所有物種的健康。因為每一次呼吸都是大自然的恩賜，也是一場跨越尺度的生命交換。

這場跨尺度的探險，是現在進行式。我由衷地邀請更多夥伴，包括此刻正在閱讀此文的妳／你，與我一起探索呼吸文明的心紀元。當我們真正理解呼吸，我們就自然而然地理解了：何謂共生，何謂永續，何謂文明。

每一次呼吸，都提醒著我們：我們從未真正分離。

參考文獻:

1. Heng-I Kan, Yi-Ying Chen and Chia C. Wang*, Subunit disassembly of human hemoglobin 　

unravels the site-specific roles of its cysteine residues, J. Phys. Chem. B 117, 9831 (2013).

2. Chia C. Wang*, Kimberley A. Prather*, Josué Sznitman, Jose L. Jimenez, Seema S. Lakdawala, Zeynep Tufekci, Linsey C. Marr, Airborne transmission of respiratory viruses, Science 373, eabd9149 (2021). 

3. Chia C. Wang, Sushil M. Atreya and Ruth Signorell, Evidence of layered methane clouds in Titan’s atmosphere, Icarus206, 787 (2010).

4. Paichi Pat Shein*, Jepri Ali Saiful, Yuh-Yuh Li*, Ahmad Syarkowi, Yahaya M. Normi, Yuni Gayatri, Septian Galuh Winata, Azren Aida Asmawi, Muhammad Anas, Wei-Lun Tsai, Mohd Basyaruddin Abdul Rahman, Chia C. Wang*, Expediting a paradigm shift in disease prevention to reduce airborne transmission of virus-laden aerosols via comics and animation, Humanit. Soc. Sci. Commun. 13, 909 (2026).