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科學寶可夢 #82 三合一磁怪:給你滿滿的電磁波

Rock Sun
・2017/01/07 ・2838字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 552 ・八年級

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

散發電磁波的可怕怪物……嗎?#82 三合一磁怪

(圖/PokemonWiki)
看起來超無害的。圖/PokemonWiki

現代人類的生活周遭早就被無數看不見的電磁波所圍繞。不管是手機、微波爐、洗衣機,還是耳機,任何會用上電的東西,都會發出電磁波,只是量多量少、常接觸不常接觸和波長差別而已。

但你知道嗎?看似比我們古早、健康的寶可夢世界,其實也有看不見的電磁波危機。全因為三合一磁怪。

「這個寶可夢全身散發強大的無線電波,讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」(黃、綠寶石、Y)(註1)

老實說,2 ℃還真是不少啊~而且這還只是一隻三合一磁怪而已。

有趣的是,製作寶可夢圖鑑的人在表達電磁波有多恐怖的方式,是用「讓四周上升幾度」(註 2),而不是像新聞上愛用的「致癌機率」或「毫/微西佛」等參數。「讓周圍 1 公里溫度上升 2℃」這也是我們僅有的線索,所以問題來了:藉著這個資料,我們能知道三合一磁怪的電磁波有多強大嗎?

(圖/comic-vine-gamespot)
圖/comic-vine-gamespot

現在開始我可能會錯得離譜,畢竟電磁學和能量之間的可是有著相當複雜的關係。

當電磁波入射於物質時,會造成物質帶電粒子的振盪和能量增加,這時分子的微觀反應依物質性質而有所差異,但絕大多數電磁波會轉成能量直接存入物體中,讓它增溫,而且不管是什麼波長的輻射——不管是紅外線、紫外線——都有這個影響,只有時間、面積和輻射強度的差別而已。

既然是電磁波與熱的關係,那我想熱輻射相關的公式,也就是一系列的普朗克黑體輻射定律應該能提供我們一些有用的線索。

當我們把電磁波視為熱能的一種形式,這時在一個空腔內電磁場的總能量可以藉由下面的公式推倒:

eq-1

其中 U 是空腔中電磁場的總能量,V 是空腔的體積,k 是波茲曼常數,T 是空腔內部的凱氏溫度,c 是光速,h 是普朗克常數。

儘管這個公式有一些限制和條件(註3),但我們很剛好擁有一些需要的參數可以用:空腔體積就是一個半徑 1 公里的半圓,而這空間內的空氣就假設從 27℃(凱氏溫度 300K)上升到 29℃(凱氏溫度 302K)。我們把所有數據帶入,最後得出從 27℃ 升溫到 29℃ 這之間,能量增加了 322 焦耳。

看似很少,但是右轉我們來到能量級的對照表,發現 300 焦耳竟然是「受 X 光照射的致死劑量」

(圖/Pokemon Wiki)
好歹穿個鉛衣吧……圖/Pokemon Wiki

在你陷入恐慌之前,R 編得承認其實我們有很多條件沒考慮到,而且最重要的是,我們並不知道三合一磁怪散發出來的是什麼波長的電磁波。

這問題其實困擾天文物理學家很久了,因為熱與電磁輻射之間的關係是了解系外行星的重要環節,所以他們為了獲得解答,建立了很多有用的網路工具,例如這個 Spectral Calculator(註4)。這個網站內建的計算器可以讓我們計算一個會吸收、發出電磁波的物體,它本身的輻射出射度(Radiant emittance)、輻射率(Radiance)和波長峰值等數據。它需要兩個數字幫助我們計算,一個是物體本身的凱氏溫度,和另一個稱作發射率的數值。

我們假設三合一磁怪體溫跟室溫同為 300K。而發射率是衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力,這個數字是一個介於 0~1 的比較值,和黑體幅射能量之比。理想黑體的發射率等於 1,但我們的三合一磁怪怎麼看都離「黑」有一段距離,所以在經過搜尋許多常見物質的發射率之後,我決定將三合一磁怪表面的發射率定為 0.6,這是國際公認的 301 型不鏽鋼的發射率,畢竟三合一磁怪怎麼看都是金屬表面。

所以數字都有了,我們帶入計算器。

black-body

首先我們看電磁波的波長,是 9.66 微米 ( µm),這正好落在紅外線的區段,所以前面如果是 X 光的危險性可以剔除了。但是輻射出射度高達 275.6 W/m2,如果大家想要對比的話,美國針對家用微波爐的規定是距離 5 公分時輻射出射度上限 5 微瓦(mW)/ cm2,而我們的三合一磁怪這個數字是標準的 3 倍以上(註5),但是很大的不同是我們的電磁波只稍稍超出了可見光的範圍。

這還是相當程度的紅外線,而且是在只有一個磁怪的情況下。不過磁怪們似乎不會單獨行動,都是很多隻一起出現,所以我想紅外線可能也還是超標了吧?!人類在過量的紅外線下雖然不會有 X 光般的危害,但會影響到水晶體,造成眼睛病變,像鋼鐵、焊接工人為什麼容易得到晶體異位(ectopia lentis)的病症,就是因為它們長期接受紅外線的結果。

giphy
眼睛閉起來是正確的選擇。圖/Giphy

所以如果你想當個三合一磁怪的訓練師,一定要準備好護目鏡或墨鏡,像 PPAP 大叔一樣戰鬥吧!

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編註:

  1. 其它的圖鑑內容包括「三隻磁怪聚在一起散發強大磁場,干擾無線電波」、「散發出強大電磁波會干擾儀器設備,所以專家建議把牠們關在寶貝球裡」、「靠太近會耳鳴」……等。老實說寶可夢世界對磁怪們還真是仁慈啊!如果是現實世界說不定已經用一堆地面系寶可夢把牠們滅了。另外最令人恐懼的敘述大概是「散發出的電磁波太強大了,會把四周水分蒸發掉」(銀、魂銀)……但在相關數據更少,如到底是液態水、水氣,還是人直接變乾屍,和蒸發範圍都沒說,就先放它一馬。
  2. 可能是因為溫度比較好測量吧!但是除了電磁波之外,電會讓四周變熱還有另一種方式,就是靠高電阻發熱,但這樣子的話不只溫度會隨距離增加漸減,三合一磁怪本身體溫大概也會高得嚇人。
  3. 例如這個公式推倒中是假設為正立方體的空間、在一個不透明的空腔內…..等,很抱歉我沒有從推導源頭開始做起,如果想要詳情可以在留言區討論或是問你認識的電機相關領域朋友。
  4. 另外還有 NASA 的 USGS 提供的計算器。在本文中選擇使用 Spectral Calculator 是因為它提供的結果比較多種,但 NASA 的可以輸出成精美圖表和各個數據點。
  5. 你可以參考上面的註 1,三合一磁怪的電磁波有可能是 x 光,也有可能是微波,老實說我還不知道是什麼樣的電磁波可以造成前面所有的影響。

參考資料:

  1. Pokemon Database
  2. Wikipedia (電磁輻射電磁場電磁輻射與健康普朗克黑體輻射定律發射率能量級國際單位制的輻射量單位
  3. 微波爐加熱食物會產生危害嗎?
  4. The emissivity coefficient Chart
  5. USGS Astrology Science Center

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文章難易度
Rock Sun
62 篇文章 ・ 428 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者


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調香師的秘密:「糞臭素」挑起你骯髒的慾望

胡中行_96
・2022/05/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

倫敦高級區梅費爾(Mayfair)的聯排透天洋房裡,他與屋主近身互動。六呎高,湛藍的雙眸,古銅的肌膚,寬闊的下顎,銀髮一絲不苟地貼齊,以及一縷迷人的香氣:肉桂、皮革和不可言喻的香味,他確定迎面襲來的深刻,源自另一個時空。

梅菲爾位在倫敦西區,它是世界上最昂貴的地區之一。圖/Wikipedia

「當你嗅聞,你是用腦在聞。最原始的,處理記憶和情緒的部位。」
屋主解釋:「若芸芸眾生試圖尋覓自我的氣味,那我正在打造專屬你的身份。」

關於香水的秘密

一場訪談,讓男性時尚雜誌《GQ》的作家 Michael Paterniti 化身高級訂製香水的顧客,而江湖人稱「香水界情色男優」(the Pornographer of Perfume)的屋主 Roja Dove,正優雅地介紹混香的秘密。「我使用『糞臭素』,一種帶有糞便氣息的醜陋分子。男女性器皆與肛門比鄰,底蘊裡一丁點的『糞臭素』,便能喚起骯髒的慾望。」[1]

Roja Dove 是一位英國調香師。圖/Wikipedia

糞臭素是怎麼來的?

來到住處之前,兩人在麗池飯店(Ritz Hotel)旁的沃爾斯利餐廳(the Wolseley)用過午餐。此時他們的消化系統正將蛋白質,分解成胺基酸(amino acid)。接著,腸道內的菌落會先進行「去胺作用」(deamination),用氫去代換胺基。於是,有一種叫做「色胺酸」(tryptophan)的胺基酸,就變成「吲哚-3-乙酸」(indole-3-acetic acid,簡稱「IAA」)。

再來,乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和類桿菌(Bacteroides),透過「去羧作用」(decarboxylation;羧,注音ㄗㄨㄟ)把 IAA 中的羧基(carboxylic acid group)換成氫,人體內的「糞臭素」(skatole;即3-methylindole)就誕生了[2][3][4]

Roja Dove 的調香手法

在正式調香之前,Roja Dove 會提供約莫 200 張的試香紙,讓訂製高級香水的顧客挑選最能觸發當下感覺,並連結過往回憶的幾種氣味。Roja Dove 將以它們為發想的根據,把原料輕拍到試香紙上,再把試香紙與一只金屬小風車連結。當小風車運轉,微風迎面吹來,他便能感受這些原料的效果。

當然,調香運用的糞臭素不是靠「人體製造」,而是在實驗室或工廠裡「人工合成」。1883 年德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer, 1852-1919)發明了「費雪吲哚合成」(Fischer Indole Synthesis):一種苯肼(phenylhydrazine)和醛(aldehyde)或酮(ketone),透過酸觸媒(acid catalyst)催化產生的作用。一般罐裝糞臭素,便是這麼來的[2][5]

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成需要耗時一到二年。圖/Pixabay

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成,長達一、二年後,每 3.4 盎司(100.55 毫升)要價 4 萬美元的訂製香水,才會被呈現在顧客面前。所幸,對花不起重金與不特別愛好香水的人來說,還是有其他巧遇糞臭素的機緣。因為某個程度上來說,糞臭素就像愛。它撲朔迷離地存在生活中出乎意料之處:香水、茉莉、橙花、甜菜、香菸、糞便、煤焦油與草莓冰淇淋。糞臭素時臭時香,載舟亦能覆舟,令人欲拒還迎。

氣味的關鍵在於濃度

氣味由香變臭的關鍵,在於濃度。像是過多的愛,使人無法擔待。以體積比來說,一旦超過 60 pptV(0.327 ng/L)[註1],就會開始臭得一去不返[7]。如果以重量比計算,健康人體製造的糞便中,糞臭素濃度約為 5 μg/g,但消化道疾病患者,則可高達 80 到 100 μg/g[註2]。換句話說,腸道保健雖然不會讓人芬芳馥郁,但至少能避免如廁之後臭名遠揚[8]

回顧過去的調香職涯,Roja Dove 感嘆上等的原料不再是小農收成,產地直銷,人工合成的產物也逐漸取代天然素材。

「的確,我們必須在香水裡添加合成物。」他向時尚作家 Michael Paterniti 坦承,那是為了襯托自然的味道,但是如果大比例的使用人造成份,「合成的香水聞起來,就永遠僅是人工的氣息。」然而大時代的趨勢,就連知名調香師也無力回天。諷刺的是,在這場產業變遷的遺憾裡,得知糞臭素並非天然,卻多少能帶給香水顧客卑微的慰藉。

註解

  1. pptV(parts per trillion by volume),則是兆分之一體積比。ng/L,指每公升幾奈克。
  2. μg/g,又作 mcg/g,指每公克中有幾微克,也就是 ppmW(parts per million by weight)百分之一重量比。

參考資料

  1. How to Smell Like a God (GQ, 2014)
  2. Skatole – A Natural Monstrosity In Perfume, Parliaments, Produce And Poop (American Council on Science and Health, 2020)
  3. Impact of the Gut Microbiota on Intestinal Immunity Mediated by Tryptophan Metabolism (Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018)
  4. 羧酸(教育部重編國語辭典修訂本,臺灣學術網路第六版)
  5. Emil Fischer Biographical (the Nobel Prize)
  6. Skatole (American Chemical Society, 2021)
  7. Identification, quantification and treatment of fecal odors released into the air at two wastewater treatment plants (Journal of Environmental Economics and Management, 2016)
  8. New Insights Into Gut-Bacteria-Derived Indole and Its Derivatives in Intestinal and Liver Diseases (Frontiers in Pharmacology, 2021)

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胡中行_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。