科學寶可夢2 #157 火爆獸：千萬別摸牠

義大利南部每到新年，必要放煙火驅邪避凶。西西里島上，某家族經營的煙火工廠，隨著年關將近，如火如荼地籌措活動所需。2019 年 11 月 20 日，^[1]突然發生巨大爆炸。^{[1, 2]}該廠 20 年前的類似意外沒死人；這回可沒那麼幸運。^[1]

爆炸傷害

煙火以硝酸鉀（potassium nitrate）、煤粉（pulverised charcoal）及硫（sulphur）為主要成份。爆炸的時候，會壓縮空氣，並提高其壓力和溫度，產生殺傷力十足的爆炸波（blast wave）。^[2]爆炸傷害大致可以分成 4 類：^{[2, 3]}

• 第一類：爆炸波直接傷害充滿氣體的臟器，例如：肺部、腸胃道或中耳等。^{[2, 3]}若是太靠近源頭，或是爆炸的力道過強，則實心的內臟，像是肝臟與脾臟，也會受傷。^[2]
• 第二類：爆裂物本身或其他碎片造成的穿刺傷。^{[2, 3]}比第一類的傷害來得普遍，而且是爆炸事件中，最常見的死因。^[3]
• 第三類：爆炸波使人體位移而撞上東西，或者遭毀壞的建物結構壓到，導致鈍器損傷、腦震盪、穿刺傷和各類骨折等。^{[2, 3]}
• 第四類：吸入有害氣體、燒傷、輻射，或其他間接的環境傷害，以及心理衝擊。^{[2, 3]}

煙火工廠的死傷

西西里這家煙火工廠有16棟建物，編號 6 和 7 全毀；鄰近的8號著火；其他的所有建物，也遭到向周邊擴散的爆炸波衝擊，輕微損壞。7 名現場人員的創傷，涵蓋上述所有類型；其中死亡的 5 人，皆有至少 2 到 3 度燒傷。^[2]以下死傷摘要，整理自新聞報導，以及現場鑑識、解剖驗屍和 3D 電腦斷層等結果：^{[1, 2]}（請慎入超連結附圖。）

• 受害者 1：36 歲，男性；肺、肝、脾臟撕裂；肺部出血性水腫、急性肺氣腫；顱骨碎裂，右邊肋骨卡了建物碎屑，全身多處骨折；死於建物 6 和 7 附近。（照片）^[2]
• 受害者 2：23 歲，男性；多處骨折；建物碎屑侵入左顳頂骨、前腹壁及各處的皮下組織；頭、頸、腹部撕裂；四肢瘀青且燒傷；死於建物6和7附近。（照片） ^[2]
• 受害者 3：34 歲，男性；顱骨碎裂，內臟全毀，屍塊四散，遠過建物8。^[2]
• 受害者 4：71 歲，女性，即工廠老闆娘；^{[1, 2]}急性肺氣腫、急性支氣管腺泡出血；多處骨折，塑膠物嵌入左頂骨；在建物8旁，幾乎完全燒成焦屍。^[2]
• 受害者 5：39歲，男性；全身多處撕裂及燒傷，肺部出血性水腫、急性局部肺氣腫，右脛骨開放性骨折；^[註]送醫途中死亡。^[2]
• 受害者 6：工廠少東；^{[1, 2]}嚴重燒傷，輕微骨折，兩側耳膜穿孔，治療後出院。^[2]
• 受害者 7：嚴重燒傷，輕微骨折，治療後出院。^[2]

炸得面目全非，屍塊殘破的受害者 3，是所有死者中最難辨識的。於此情況下，DNA、指紋或牙齒都派得上用場。這個案件的鑑識團隊，靠死者父母提供的 DNA，比對身份。^[2]

還原事件

火災調查單位經過一番努力，還原事發過程：建物 6 到 8 的功能，分別是堆放成品、儲存染料與製造煙火。受害者 1、2、3 和 5，於建物 6 及 7 一帶，裝設新的拉門；其中受害者 3 在建物 7，焊接門軌的鐵製支撐結構。受害者 4，即工廠老闆娘，則從建物 8 的方向前來。另外，受害者 6 跟 7，也就是少東與一名工人，應該也在附近。 ^[2]

除了少數自殺案件，當事人把煙火塞進自己嘴裡；多數的煙火爆炸事故，起因於工作人員未受訓練，或者操作時沒遵守安全規定。^[2]正確的焊接環境，必須保持通風，移除或隔絕可燃物。^[4]這家煙火工廠依照相關法規施工，然而焊接的火花，卻還是引發爆炸，釀成5死2傷。也難怪司法單位一度懷疑，是勞資糾紛導致的惡意縱火，不過最後證據都指向意外。^[2]

備註

原個案報告在文章中，描述受害者 4 右脛骨骨折；但是根據其表格 1 和 2，那應該是受害者 5 的創傷。^[2]

參考資料

1. ‘Deadly fireworks explosion rocks Sicily’. (20 NOV 2019) Deutsche Welle, Germany.
2. Baldino G, Stassi C, Mondello C, et al. (2021) ‘Forensic investigative issues in a fireworks production factory explosion’. International Journal of Legal Medicine, 135, 1647–1654.
3. Jorolemon MR, Lopez RA, Krywko DM. (18 JUL 2022) ‘Blast Injuries’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
4. ‘Welding processes – Code of Practice’. (JUL 2020) Safe Work Australia.

• 作者：蘇上豪

肥滋滋的肚子也能當蠟燭燒？

在寫到狄更斯與醫學關係的第三篇文章前，我想先鋪一個梗，談一下三國時代的人物董卓―這位漢靈帝時代的中郎將，受大將軍何進之託，脅迫當時干政的宦官十常侍，利用手中兵權搞得朝廷大亂，是開啟三國時代序幕的重要推手。

董卓應該是長年享受錦衣玉食慣了，根據記載他身軀肥胖，因此他的死，讓文史作家有了無限想像的空間。例如在《三國演義》第九回「除暴兇呂布助司徒，犯長安李傕聽賈詡」中，司徒王允設反間計，挑撥董卓的大將呂布將其殺死，羅貫中寫道：「卓屍肥胖，看屍軍士以火置其臍中為燈，膏流滿地。」

另外在一本紀錄東漢末年軍閥割據的小說《英雄記》也提到：「卓素肥，膏流浸地，草為之丹。守屍吏暝以為大炷，置卓臍中以為燈，光明達旦，如是積日。」

這些都比《三國演義》還扯，肥滋滋的董卓死後，肚臍被置入燈芯，竟然光亮如日，而且還持續好幾天，把董卓比成瓦斯桶。

看到上面的兩段描寫，以外科醫生的立場而言，只能說是鬼扯，如果人死後脂肪可以膏流滿地的話，那開刀房一定是人間煉獄，因為每個胖子被開腸剖肚之後，還沒有看到病灶時，外科醫師可能要準備大量的吸油紙，甚至是幫浦來把流出的油處理掉，否則沒有辦法進行下一步的工作。

至於利用肚子的脂肪當成蠟燭使用，更是讓我匪夷所思，因為人體的成分不見得全然是油脂，身體組織的燃點也不可能輕易的用燈芯點燃，如果這種情形會發生的話，那外科醫師一定也深受其害，因為我們用刀劃開身體之後，必須以高溫的電燒刀去止血，目前還沒有聽到患者在手術中忽然被點燃，甚至開刀房為此發生火災的紀錄。

會提到董卓的故事，是向各位說明人體不可能作為點燃的原料，否則在火場裡，消防弟兄救人時可能會帶著火柱出來，會特別提出來討論，是為了接下來探討狄更斯所處的時代，一直有很多人深信不疑的「人體自燃現象」（spontaneoushuman combustion，SHC），我們這位偉大的作家也是它的信徒。

「科學」現象還是「戲劇娛樂」效果？

狄更斯在《聖誕頌歌》中寫到，主角史古基（Scrooge）就擔心遇到聖誕禮物的幽靈時，會成為一個有趣的「身體自燃案」；另一部小說《荒涼山莊》（BleakHouse），其中的角色克魯克（Krook），一個時常酒醉的破銅爛鐵店老闆，被狄更斯形容「嘴裡冒著煙，好像身體裡著火一樣」，結果在一場大火中以驚人的方式消失：

「金屬爐架只剩下很小的火，但房間中有一股悶悶不樂的蒸汽，牆壁和天花板上有一層又黑又油膩的塗層。椅子和桌子，以及很少出現在桌子上的瓶子，都像往常一樣站立著，在一張椅背上掛著擾人毛茸茸的帽子和外套……這裡是一小塊燒焦的碎木頭的灰燼，上面灑著白灰，還是煤？哦，恐怖，他在這裡。」

狄更斯所描述的是克魯克當時已經發生了人體自燃，和傳說中所描述的一樣，房間裡有濃濃的灰燼，除了遺體化成油性的物質外，其他的東西卻安然無恙。

為什麼狄更斯會大膽地將當時流行的人體自燃寫入小說中？根據長年研究狄更斯的專家特雷佛．布朗特（Trevor Blount）所說，和作家在小時候經常閱讀一本可怕的期刊《The Terrific Register》有關，裡面多刊登聳人聽聞的事情，如暴行、酷刑、地震、沉船、鬼故事或決鬥場景等等，該雜誌在一八二二年有一期特別以駭人的細節描述，講述了柯妮莉亞．讚哈里．迪．班狄（Cornelia Zanghari di Bandi）伯爵夫人的死訊。

那是發生在一七三一年三月十五日，班狄伯爵辦了晚宴，當天伯爵夫人喝了相當多的白蘭地，所以不勝酒力的她早早回房睡覺，隔天女僕敲門，但伯爵夫人沒有回應，女僕只好打開窗戶，驚訝發現伯爵夫人已不成人形。

根據期刊裡的記載，伯爵夫人部分的顱骨及下巴已燒成灰燼，她的身體其他部分完好如初，當然身旁的家具都沒有燃燒的痕跡，不過空氣中瀰漫著臭味，像是酒與食物混合發出的酸臭味，有些油膩的東西滴得到處都是。

一位叫比安奇尼（Bianchini）的牧師到場，也看到如此驚人的景象，斷言伯爵夫人是人體自燃，原因是發炎的血攪動了胃裡的汁液，和腹中的發酵物（其實是白蘭地）作用而燃燒。

類似上述的故事，從十七世紀時就充斥在歐洲的大眾間，到了十九世紀的報紙、甚至醫學期刊中，還不乏有零星的報告出現，也難怪喜歡大量閱讀的狄更斯受不了蠱惑，最終將其寫入小說中，作為那些卑鄙人物的懲罰。

《荒涼山莊》是連載的小說，所以在克魯克死亡這一部分發表後，有一位有醫學背景的文學批評家喬治．亨利．路易士（George Henry Lewis）對其發出嚴厲批判，引經據典提出許多科學家來嘲諷狄更斯，還敦促他在《荒涼山莊》以書本形式出版後，能夠做出一些校正，以防止類似的錯誤訊息傳播。

如果狄更斯以輕鬆的筆調回應這件事，勸路易士不要太嚴肅的話，整件事大概就不會有糾纏，可惜狄更斯找出了一些深信人體自燃的醫師還有學者，及現場目擊者來反擊路易士，甚至在《荒涼山莊》以單行本出版時，斬釘截鐵說他的故事確實可信，而且有科學依據，結果惹來路易士更強烈的批判，希望他「不能隨意忽視和沉默地忽略，他所收集到的反對人體自燃的科學證據」。

結果普羅大眾的反應呢？大家對克魯克死亡沒有發表任何贊成或反對的意見，狄更斯的聲明沒有受損，《荒涼山莊》更是大賣，這是玄學戰勝科學嗎？我並不這麼認為，因為喜歡看小說的讀者，都喜歡看到壞人死狀悽慘，那遠比科學重要。

如果大家以人體自燃上網站搜尋的話，相信會有驚人的發現，而且也會看到長長一列的知名作家，如馬克．吐溫，以及寫出《簡愛》（Jane Eyre）的英國作家夏綠蒂．勃朗特（Charlotte Bronte）等等，在他們的作品中談到人體自燃現象的情節。

可能讀者有的是人體自燃的擁護者，會提出很多不可思議的現象來問我意見，我的反駁除了剛剛在董卓死亡的敘述外，另外提出一個觀點讓大家思考：所謂的人體自燃受害者，大都沒有任何現場目擊證人以解釋他們如何燃燒？所以我並不反對他們燒成灰燼，只是不相信他們會自己燒起來罷了！

我的心情應該和買那些《荒涼山莊》的讀者一樣，小說本來就是要怪力亂神、天馬行空，壞人就該死狀悽慘、結局大快人心，把那些不合常理的事拿到科學上來討論有必要嗎？

拜託，大家不要像狄更斯和路易士那麼認真嘛！

——本文摘自《怪奇醫療史：從疫苗發明、疾病歷史、護體神功、縮陽症、按摩槍等，解開最不可思議的醫學古今事》，2022 年 10 月，時報出版出版，未經同意請勿轉載。

溫度影響剎車的抓力

雖然似乎有點違背直覺，但是煞車是高速駕駛不可或缺的一環。不管是在哪個賽車場，駕駛的目標之一就是保持在賽道的最佳路徑（racingline）—繞行賽道的最短路徑。所以駕駛過彎時不會沿著急轉彎處長長的外彎道前進，而是「夾著」彎道的內側，稱為彎頂點（apex，即過彎路線中最接近彎道內側的點）的地方，以將他們必須行駛的距離縮到最短。

這麼做需要非常精準的煞車：要在剛剛好的時間對煞車踏板施予剛剛好的壓力。當他們辦到時，駕駛就會出現在賽道轉彎處的絕佳位置，且依然帶有征服下一段賽程所需的速度。但是這樣的開車方式會耗損煞車；而且有些賽道沒什麼機會可以讓煞車冷卻。

以世界知名的摩納哥街賽道來說。雖然僅長3.34 公里（2 哩多），是F1 賽程中最短的賽道，但是卻必須不斷踩煞車和加速。煞車製造商布雷博（Brembo）指出，2019 年賽季中，駕駛們每一圈使用煞車 18.5 秒，多過總賽程的四分之一。

在需求最高的轉彎處，汽車要在不到 2.5 秒的時間內將時速從 297 公里（185 哩）減至 89 公里（55 哩）；這會將大量動能快速轉換成熱能，難怪煞車碟盤會冒出火花。為了要負荷這樣龐大的熱負載，製造商在每個煞車碟盤的邊緣鑽入細小的徑向孔—數量超過 1000 個。

這樣的小孔可以增加煞車碟盤的表面積，比較容易散熱。但是也具有通氣孔的功能。與安裝在各個輪框上的大型冷卻管相結合時，可以把冷空氣拉入煞車碟盤中心，把熱空氣從邊緣帶走。還有個額外優點，這些F1 煞車碟盤相當輕，重量約各為1 公斤（2.2 磅），相較之下，差不多大小的鑄鐵煞車碟盤則為 15 公斤（33 磅） 。

所以為什麼不全面使用這種煞車碟盤呢？有個原因是價格—每片煞車碟盤可能要價高達 2000 美元（約 1500 英鎊） ，而且要六個月的時間才能製成。它們也不太耐久，通常每次比賽後就得更換。最後，它們受限於一定的工作溫度，只能處於 350 ∼ 1000℃。

低於溫度下限時，它們幾乎不具有停止能力—煞車片與煞車碟盤無法產生足夠的抓力。但是如果煞車的溫度高於上限值太久，則會災難性地失靈。如馬歇爾對我描述的，「彷彿在踩縫紉機。當這種狀況發生時，煞車碟盤耗盡『材料』的速度有多快，簡直難以置信。」

科技有助於車隊和駕駛控制他們的煞車，但是就跟 F1 的大部分狀況一樣，沒那麼簡單。冷卻管的大小與形狀可控制流經煞車碟盤的空氣量，所以你可以想像管子愈粗愈好。

但是如 F1 傳奇工程師帕特．西蒙茲（PatSymonds）告訴《賽車工程》（Racecar Engineering）雜誌的，冷卻有其後果：「遇到像蒙特羅這樣需要一直踩煞車的賽道，我們被迫使用一些該賽季最粗的管子。從最細的冷卻管換到最粗的冷卻管，會犧牲 1.5％的空氣動力學效率，這代表最高速度時速會減少 1 公里。」

我可以想像這會引發車隊的煞車工程師與他們的空氣動力學家爭辯。就連測量煞車配件的溫度都不容易。馬歇爾告訴我，在奧斯頓馬丁 F1 車隊中，他們會在煞車片的安裝托架中埋入高溫的熱電偶，和一系列直接朝向煞車碟盤的遠紅外線感測器。電視轉播賽事時偶爾會出現的彩色熱影像，主要是為了給我們這些觀眾看—顯示出他們建議的最高溫度。

摩擦介面與溫度控制

煞車片與煞車碟盤之間還有另一個重要的過程是磨耗。所有滑動與摩擦都會對兩個表面造成實質傷害；每次煞車作動，兩者都會有微粒破裂。在煞車系統的使用期間，這會逐漸降低材料的摩擦係數—換句話說，會失去它們的抓力。

但這不只是因為彼此的表面被「磨光」，或是失去黏性。磨耗也會形成摩擦膜（tribofilm）這種東西—煞車片與煞車碟盤相接觸時壓碎的一層非常薄的細粒狀材料。「談到磨耗與摩擦力，摩擦膜非常有影響力，」英國里茲大學（University of Leeds）的沙赫里爾．柯沙利（Shahriar Kosarieh）說。

「我們把這層膜視為『第三體』，因為儘管它是由互相滑動的那兩種材料製成，其化學與機械性質還是與那兩種材料不同。」關注各式各樣市售鑄鐵煞車片的德國研究人員發現，無論煞車片是什麼材質，形成的摩擦膜總是會受到氧化鐵（Fe3O4）控制，其他成分的影響力則相當微弱。

「摩擦膜會控制散熱，且能減少摩擦力—它會主導性能，」柯沙利繼續說道。「煞車製造商很清楚這一點，調配自己的煞車片配方時會考量這一點。煞車片與煞車碟盤要互相搭配，才能產生最佳性能。只要你更動了任一個材料，就會改變界面產生的結果。」

柯沙利最近的研究關注鑄鐵煞車碟盤輕量替代物的摩擦表現，這些輕量煞車碟盤主要都是鋁製。不只有他這麼做—整個汽車產業都對減輕重量很執著，主要是因為汽車的重量愈輕，消耗的燃料就愈少，環境影響也愈少。目前是以鋁為主流。

「那是一種低密度金屬，約比灰鑄鐵（grey cast iron）還低 2.5 倍，所以減輕重量的可能性很高，」他跟我在電話中閒聊。「鋁的導熱性也很高，在表面形成的氧化物也具有一些防蝕效果。」把鋁合金與碳化矽等硬質陶瓷材料結合也能提升其強度。

「但是鋁的問題在於當溫度高於400℃時會開始熔化。就煞車而言，這代表摩擦力突然銳減，也是你能想像最糟的狀況。所以更加促使工程師更努力找出方法，既能讓表面有比較好的熱穩定性，使用壽命又能更持久。」

對柯沙利而言，最有意思的其中一種方法是電漿電解氧化（plasmaelectrolytic oxidation, PEO），這是用一個電場在鋁的表面形成一層複雜又高度耐磨的薄層。當他測試各種不同以電漿電解氧化處理過的鋁盤性能時，發現有些可以撐過約 550℃。不過，許多案例的摩擦係數太低—低於實際煞車系統所需的最低閾值。

柯沙利並不洩氣。「煞車是整個系統一起作動。如果你拿到一個新的煞車碟盤，那你也需要把對位碟盤調整到最佳狀態。製造商設計出專供電漿電解氧化塗層煞車碟盤使用的新煞車片配方。」我只找到幾篇已發表的研究，結合了電漿電解氧化煞車碟盤與這些新的摩擦片，但是結果看起來大有希望。輕量的鋁製煞車在未來的道路車輛上可能有機會亮相。

F1 在 1970 年代晚期為它們的煞車碟盤和煞車片找到了不同的解決方法，從那時候起就沿用至今：一種稱為碳－碳（carbon-carbon）的材料，在石墨基質裡包埋高度有序的碳纖維。其散熱效果非常好，所以也用在太空梭上。雖然它聽起來可能跟F1 賽車底盤用的碳纖維很類似，但其實是非常不一樣的猛獸。

製造碳－碳很緩慢且複雜，此材料是由原子薄層堆疊成層。它在摩擦力方面勝出，提供的抓力比傳統煞車配件高 2 倍（在其理想工作溫度範圍內）。但是那並非魔法。在競速的壓力之下，這種材料終究會磨耗殆盡，部分是由於摩擦，但也有化學方面的因素。溫度上升時，碳－碳會與空氣中的氧氣產生反應，而氧氣會提高其劣化程度。你有時候會看到F1 駕駛大力踩煞車時冒出黑塵，這就是原因。

藉由感測器數據調整剎車系統

這個過程代表車隊需要監測的煞車項目不只是溫度。馬歇爾跟我說，他們會使用壓力感測器留意流經管子的氣流。他們也有針對磨耗的電子感測器，可以測量胎側的活動。

「我們使用這些儀器測量煞車片還能接觸煞車碟盤多久。由此可以推論總磨耗程度—也就是煞車片與煞車碟盤的磨耗總和。」為了推算總磨耗比例與煞車片的關係，以及對煞車碟盤的磨耗程度，車隊會把感測器數據對照以往試駕和賽事所蒐集的煞車數據。

「我們可以從所有資料中追溯比賽時的磨耗速率。如果太快，我們可以調整煞車平衡，以免磨耗最高的車輛壽終正寢，或可以請駕駛找一些乾淨的空氣冷卻煞車。」不管怎麼做，目標都是確保駕駛在需要的時間和地點擁有阻擋能力。任一賽季都會面臨數以千計的彎道，這些系統，當然還有駕駛，都表現卓越。

——本文摘自《黏黏滑滑》，2022 年 11 月，晨星出版，未經同意請勿轉載