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世上最孤獨的鯨魚「52赫茲」,你還獨自在唱寂寞的歌嗎?

Gilver
・2017/01/18 ・5173字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

編譯/Gilver

52 赫茲,是一隻鯨魚的名字。牠的歌聲比同伴鳴唱的頻率都來得高、不被同伴們聽見,因此被稱做「世界上最孤獨的鯨魚」。雖然真面目仍然深藏在藍海之下,牠的故事卻令人動容而廣為流傳,甚至成為了歌曲和電影的題材。

在美國,人們發動群募計畫資助紀錄片的拍攝,希望導演和海洋學家能讓人們能夠再次見到牠,知道牠過得好不好。然而經歷二十幾年的追尋,科學家們卻認為這隻鯨魚可能並不如人們想像的如此孤單,所謂 52 赫茲鯨魚的孤獨,可能只是我們內心渴望愛與陪伴的情感投射。

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52 赫茲鯨魚的孤獨,可能只是人們內心渴望愛與陪伴的情感投射。圖/phtorxp@pixabay

「因為我愛,因為我活著,因為孤獨,我探索」——〈52 赫茲〉歌詞

「52 赫茲」首次在太平洋被捕捉到的鳴唱紀錄,距今已有二十年餘。牠還在未知的某處徘徊、唱著沒有同類聽見的歌嗎?還是牠仍然持續著孤獨漫遊,持續著找不到同伴的旅途?

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先別說那個了,假如先將你內心最柔軟細膩的那塊擱置一邊,你一定也很好奇:牠究竟是否真的像我們所想的那般孤單寂寞?或者,更進一步的問一些生物學的問題:牠是男、還是女?牠是隻齒鯨還是鬚鯨,是藍鯨、抹香鯨、長鬚鯨還是大翅鯨?真的都沒有鯨魚聽見牠嗎?

往好處想,也許「52 赫茲」的歌聲只是比較獨特,牠可能其實沒有那麼寂寞?或許,其他鯨魚只當牠是隻怪異的邊緣鯨?或許牠如此歌唱,反而能使牠比較容易被聽見?難道牠這樣唱,只是想讓異性同伴印象深刻?然而,不管是有什麼樣的猜測,如果能夠再次聽見這隻獨特鯨魚的聲音、甚至看見牠的容貌,不僅是能夠讓人們的感情獲得救贖,科學家更能從中得知更多關於鯨魚的知識和他們歌聲的秘密。

目前沒人確定牠是雌是雄,屬於什麼物種,甚至是牠究竟是否仍然活著。牠的聲音最後一次被記錄到是在 2004 年的事情了······

我們那天所聽見的歌聲

「52 赫茲」鯨魚的故事起源於 1989 年,美國海軍建立了別稱為「SOSUS」的水下聲音監測系統(Sound surveillance system),也就是以陣列式的水下麥克風來偵測敵軍潛艦的一套設備。有一天,它收到了一些奇怪的訊號,聽起來像是藍鯨的歌聲,但有個重大的差別:它的頻率為 52 Hz,相較於藍鯨經常鳴唱的 10~40Hz,它的頻率是顯著的太高了些;聽起來也不像長鬚鯨(fin whale),長鬚鯨鳴唱的頻率通常是 50Hz。

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52 赫茲鯨魚的歌聲,聽起來是這樣的:

最早查覺到這段錄音獨特之處的人,是麻省的伍茲霍爾海洋研究所(WHOI, Woods Hole Oceanographic Institution)的海洋哺乳類學家瓦特金斯(Bill Alfred Watkins),從此之後他持續追尋這隻以 52 Hz 鳴唱的鯨魚,直到 2004 年辭世、享齡 78 歲。在告別人世的前幾個月,他與研究夥伴把他們在北太平洋中部及東部海域追尋「52赫茲」的研究成果正式發表在學術期刊上,其成果主要指出聲音綿延的範圍很小,軌跡主要都由西向東、主要由北向南。

「即使仔細地年復一年又無所不包的監聽,有這樣特色的聲音卻只有一個,而且每季都只有一個來源。」瓦特金斯等人的研究如此寫道。

於是,這項發現——或者說是它所造就的更多謎團——集結了各種引人入勝的元素:全心投入的卓越科學家,與軍方好幾年的合作研究,加密的聲音檔案,以及這些秘密資料,終於以研究出版的形式在世人眼前解密。

主流媒體稱它為「一隻孤單動物的故事」。2013 年,英國的小報《快報》(the Express)聲稱這隻鯨魚不尋常的鳴唱「使牠難以找到愛情。」於是牠的故事開始被反覆傳頌,逐漸感動了全世界,成了動物界最神秘的明星之一。

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被故事感動的人們,想要見牠一面。想要知道,牠是否仍舊孤獨。

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在海面下悠游的藍鯨,是否就是 52 赫茲的本尊?目前還沒人知道。圖/greatbluemarble

導演為尋鯨啟航,科學家卻提出質疑

2015 年,美國製片人喬許.澤曼(Josh Zeman)和演員安瑞葛雷(Adrian Grenier)在網路上發起群眾募資,計畫製作一部關於 52 赫茲鯨魚的紀錄片。網站上鼓勵捐款的宣傳大力強調:「這隻最孤單的鯨魚需要朋友。」而這些募款將會用於該年秋天的考察隊資金,希望能找到「52 赫茲」並進行拍攝工作。最後,在名演員李奧納多.狄卡皮歐的 5 萬美金大力贊助下,募款目標 30 萬美金終於達標。

但想在整座太平洋尋找一隻鯨魚,是否搞錯了什麼呢?

整部紀錄片最大的挑戰,無疑就是找到對的鯨魚、並且拍攝牠。然而,雖然,縱使一隻鯨魚的歌唱能在水下綿延數百至數千英里,但要在整片太平洋尋找一隻鯨魚,仍然如大海撈針般困難重重。

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不只如此,製片人澤曼還遇到其他問題,有些鯨魚科學家對他的做法提出質疑。其中一個批評來自紐約康乃爾大學的克拉克(Christopher Willes Clark)博士,他在 1993 年記錄了 52 赫茲鯨魚,認為這件事並沒有乍聽之下如此的「超自然」。他認為,過去有許多種類的特殊鯨魚歌聲曾被人們偵測,另外也有些研究認為在特定區域內共同生活的鯨魚會有屬於牠們的方言(dialects)。「考量到這一點,52 赫茲鯨魚就沒那麼獨特了。」克拉克說道。

克拉克和其他人也反對,這隻孤獨的鯨魚「不能被其他唱著尋常低頻的藍鯨們聽見或了解」的看法。

「牠的鳴唱仍然具備了許多典型藍鯨的特質。藍鯨、長鬚鯨和座頭鯨都沒聾掉,都能聽見牠。52 赫茲鯨魚只是很怪。」

對於科學家提出的批評,澤曼雖不感同意,卻也承認這也確實讓人備感掙扎。「我們的確是說得誇張了點。」澤曼說道,「不過如果目的是想知道這隻鯨魚是否孤單──我不認為這個計畫有所偏離。我的目的就是希望科學家真的去思考這個事情。」

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人們看著藍鯨擺盪著尾鰭遁入水中,但對於 52 赫茲鯨魚卻還是滿頭問號。圖/Michiel van Nimwegen @ Flickr

是不甘寂寞,還是順應環境的變遷?

另一個發現又讓整件事更複雜。加州斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的希爾德布蘭(John Hildebrand)博士指出,這隻鯨魚已經好幾年沒有以 52 赫茲鳴唱了。先前瓦特金斯其實也有注意到這點,這隻鯨魚鳴唱的頻率似乎逐漸降低,縱使距離上次紀錄已經好幾年前的事了。

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這並不是鯨魚改變鳴唱頻率的特例。根據希爾德布蘭博士在 2009 年發表的研究,全世界的藍鯨自從 1960 年代起唱歌頻率就逐漸降低,暗示著「52 赫茲」和藍鯨可能存在著某種關係。有趣的是,北大西洋露脊鯨(North Atlantic right whale)則相反,牠們的鳴唱頻率是逐漸變高。

沒人知道鯨魚如此改變牠們的鳴唱頻率是為了什麼。在 2009 年,希爾德布蘭博士和他的同事麥克唐納德(Mark McDonald)認為藍鯨降低牠們的歌唱頻率,能使得牠們的聲音在海上船隻造成的噪音中顯得突出,而不會被蓋過。但這個想法後來似乎又是錯誤的。「這些鯨魚降低歌唱的頻率,實際上卻是牠們正轉移到一個噪音不減反增的地方。」希爾德布蘭博士說道。

康乃爾大學的克拉克表示,鯨魚對人造噪音會產生的反應難以預期。他曾經實際觀察到石化燃料探勘船投下爆裂物探索海床的同時,也接觸到正在歌唱的鯨魚,有時候鯨魚的反應會相當劇烈。「有許多次鯨魚會全然改變他們的行為,」克拉克說道,「雄性鯨魚停止歌唱,整個聲幕寂靜下來。牠們會離開現場,但不總是這樣。有時候這並不會造成什麼改變。」

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圖/Oregon State University @ Flickr

難道從未現身的「52 赫茲」是隻混種鯨魚?

或許鯨魚是因為全然不同的理由,而改變了牠們的鳴唱。希爾德布蘭博士認為藍鯨正在跟彼此競爭,每過一季就變得更加低沉。「如果你隔壁的傢伙聲音比你更低沉一些,你最好配合他調整。」他說。「我們觀察到了。牠們每季都會聆聽彼此、調整牠們的歌聲,以求協調。」

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這又引發了另一個問題。如果鯨魚傾向都唱相似的歌曲,會是什麼原因,驅使牠們其中的一隻唱起和同伴完全不同的曲調?其中一個主流的假說是:52 赫茲鯨魚是隻由兩種不同鯨魚雜交生下的混種(hybrid)。若是如此,這樣的鯨魚可能就會有一副與眾鯨不同的軀體,進而可能去影響到它的鳴唱。

非營利研究機構卡斯卡迪亞研究團隊(Cascadia Research)的成員之一卡蘭布基迪斯(John Calambokidis)表示,藍鯨和長鬚鯨的混種有詳實的記錄,遇到了也能夠分辨得出來,舉例來說,牠們的體型通常比較接近長鬚鯨,但吻部和鰭狀肢則更大,比較像藍鯨。西雅圖華盛頓大學史塔福(Kate Stafford)也認為,或許「52 赫茲」表現得比較像隻藍鯨。

「牠確實有藍鯨的季節性,而且如果你觀察瓦特金斯等人發現的遷徙模式,其實和藍鯨是一樣的。所以我很有信心牠至少有部分是隻藍鯨。」

但是,即使是曾經貼身記錄過混種鯨魚的卡蘭布基迪斯,也無法肯定這樣的說法,因為沒有人記錄過一隻混種鯨魚的叫聲,而牠們的鳴唱紀錄是非常關鍵的證據。他正在積極改進研究技術,其中一個急需解決的問題是:如何找出是哪隻鯨魚正在唱歌。

技術力發威,誓言找回「52 赫茲」

科學家經常在鯨魚身上安裝麥克風,好記錄牠們的鳴唱,但這種方法有時候也會記錄到其他鄰近鯨魚的聲音。因此, 卡蘭布基迪斯和他的同事們為麥克風增裝了加速計(accelerometers),跟手機感測使用者如何運動的原理一樣。「當牠正在鳴唱時,牠的身軀也會隨之震盪,加速計就會抓住那個訊號。」同為研究團隊成員之一,英國聖安德魯大學的泰克(Peter Tyack)說道,「這是目前最好掌握到一群動物之中誰正在鳴唱的方法。」在一份 2014 年發表的研究之中,他們已經能夠即刻掌握到歌聲是來自哪一隻被標記的鯨魚了。

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而在伍茲霍爾海洋研究所,海洋生物學家鮑格納(Mark Baumgartner)也著手開發一套監聽系統:透過繫泊在麻州海岸的浮標和無所不聽的水下麥克風,它將能夠即時自動分析鯨豚的叫聲、透過衛星傳遞到研究所的電腦,利用鮑格納撰寫的程式將記錄到的聲音分門別類,然後將這些聲音即時發布到網路上。理論上,如果鯨豚發出的聲響夠突顯,這個偵測方法就能用來鎖定特定的動物,用來尋找「52 赫茲」的本尊。不過,照理來說這套系統應該要裝設在「52 赫茲」過去曾經出現過的地方,比如說美國西海岸外圍。

找到了,我們就能知道「52 赫茲」是否真的寂寞嗎?

事實是,人們常傾向想像動物如同我們一樣,會經歷和人類相同的情緒。鯨魚是複雜且充滿謎團的生物,或許鯨魚跟人類一樣會感到孤單的想法,讓這隻動物看起來與我們更親近了。但在有憑有據之前,它仍然只是個幻想,唯有再次找到 52 赫茲鯨魚才能更向前邁進一步。

52 赫茲鯨魚聲蹤再現,卻不再孤單

就在 2010 年,加州沿海岸線的感測器找到了和瓦特金斯的紀錄相同模式的鯨魚鳴唱。

這段錄音是被一位實習生所發現,感測器的位置就位在希爾德布蘭博士辦公室距離不到 6 英里的地方。然而,感測紀錄卻顯示——現在已不只有一隻鯨魚正唱著不尋常的高頻歌曲!兩個分隔相當遠的感測器上同時出現這樣的訊號,顯示來源這可能不是來自單一隻鯨魚,而是多隻。

可想見希爾德布蘭博士等人找到了一群鳴唱著相同而特殊頻率的鯨魚。「52 赫茲」可能是這群鯨魚的一份子,只不過偶爾會獨自會遊蕩、離開鯨群。如果屬實,那這就是一個好的故事結局:這隻鯨魚一點都不孤單。

52 赫茲鯨魚們,與科學家未完的故事

從 1989 年發現「52 赫茲」的聲音開始,瓦特金斯展開了長達 12 年探尋「52 赫茲」蹤跡的研究,於此同時這份研究被媒體的想像力撰寫成故事,一隻想像的孤單鯨魚隨著浪漫傳說的口耳相傳,游進了全世界所有孤獨的人心中,促成了群眾募資的紀錄片開拍計畫。這份計劃後來又與科學家追根究柢的精神彼此衝擊,繼而產生更多想法:這樣鳴唱究竟是適應環境還是配合同類?牠是不是隻由藍鯨和長鬚鯨所誕下的混種鯨魚?然後,科學家們也加入了改進尋蹤科技的行列,最後終於在加州海岸聽見了多隻「52 赫茲」同時鳴唱的聲音。

能夠找到確鑿的證據,真的不容易。雖然目前尚不能算是鐵證確鑿,但對於關心這隻鯨魚是否孤獨的普羅大眾,或許已經可以相信當年那隻「52 赫茲」其實並不孤單。而對於這隻引燃火苗的鯨魚,科學家們熊熊燃起的好奇心可不會就此罷休,還得找出更多的證據才能回答他們心中的問題。

直至今日,所有人都還正在尋找著「52 赫茲」的身影。那或許是海面之下人們內心孤獨的倒影,也或許是科學家渴望見其貌而聞其聲的混種鯨魚。無論如何,想要探索 52 赫茲鯨魚的真實樣貌,我們只能等待——並且仔細的聆聽。

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52 赫茲鯨魚的全貌,仍然還在深水之下。圖/Gwenn Seemel @ Flickr

資料來源

原始研究

  • Watkins, W. A., Daher, M. A., George, J. E., & Rodriguez, D. (2004). Twelve years of tracking 52-Hz whale calls from a unique source in the North Pacific. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 51(12), 1889-1901.
  • McDonald, M. A., Hildebrand, J. A., & Mesnick, S. (2009). Worldwide decline in tonal frequencies of blue whale songs. Endangered Species Research, 9(1), 13-21.
  • Shamir, L., Yerby, C., Simpson, R., von Benda-Beckmann, A. M., Tyack, P., Samarra, F., … & Wallin, J. (2014). Classification of large acoustic datasets using machine learning and crowdsourcing: Application to whale calls. The Journal of the Acoustical Society of America, 135(2), 953-962.
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。

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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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腦中那首歌停不下來?可能是「耳蟲」找上你!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2025/08/20 ・3373字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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  • 文 / 雅文基金會聽語科學研究中心 林旻萱 助理研究員

在你的日常生活中,是否也有過這樣的經驗呢?四周一片寂靜,你坐在書桌前,試圖專心準備即將到來的考試,卻發現怎麼樣都無法靜下心來,因為腦袋裡正不受控制地播放同一首歌,甚至有時候還會不自覺的哼唱起旋律。那也許是你在商店裡無意間聽到的廣告歌曲,也或許是喜歡的歌手發的新歌,無論你有沒有刻意去回想,它都會佔據你的腦海,像是腦中的背景音樂,不斷重播。

像這樣被一首歌「洗腦」的狀況,到底為什麼會發生呢?

為什麼我們會被歌曲洗腦?原來是耳蟲搞的鬼

事實上,上述的這種現象稱為不自主音樂意象(Involuntary Musical Imagery, INMI),也稱為卡歌症候群(Stuck Song Syndrome, SSS),在口語上常被稱為耳蟲(earworm),是指一段旋律在大腦中自發浮現,並不斷重播的現象 [1][2]。耳蟲這個詞是從德文的詞彙 “ohrwurm” 而來 [3],”ohr” 是指耳朵,而 “wurm” 則是小蟲子的意思,用以形容像小蟲子爬進耳朵一般,在腦中揮之不去的音樂。根據研究,耳蟲最早的文學來源,或許可以追溯到 19 世紀 [3]。在 1845 年美國出版的一部短篇小說《悖理的惡魔》中,故事的角色就遭遇了「腦中自發響起旋律而無法擺脫」的困擾,這與現代常被提起的耳蟲現象極為相似。這顯示出,即使當時尚未明確定義耳蟲現象,人們也早已在日常生活中有過這種音樂入侵大腦的經驗,甚至為此感到困擾。

心理學教授 Philip Beaman 指出,2008 年就曾有研究針對芬蘭約 12000 名網路使用者進行大規模的問卷調查,結果顯示,有 33% 的受試者表示耳蟲會每天出現,且有超過 90% 的受試者表示至少每週會發生一次耳蟲現象 [2][4],由此可見,耳蟲現象其實相當普遍。那麼,究竟是什麼原因導致耳蟲現象呢?

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旋律在腦袋裡重播,讓人也忍不住地哼唱起來。 圖 / AI創建

常見的耳蟲現象,與大腦構造息息相關

為了探討大腦結構與耳蟲現象之間的關聯,Farrugia 等人於 2015 年進行了一項研究 [1],他們調查了 44 名受試者接觸音樂的經驗,並透過問卷了解受試者對耳蟲現象的看法,包括耳蟲的出現頻率及其對生活的影響等等。結果顯示,曾學習音樂或經常接觸音樂的人,更容易出現耳蟲現象,而且這些音樂片段可能對他們產生更強烈的情緒與心理影響。

另一方面,研究也透過磁振造影(Magnetic Resonance Imaging, MRI)對受試者進行腦部掃描,分析大腦的灰質體積與皮質厚度。結果發現,耳蟲現象的頻率可能與某些特定腦區的結構有關。大腦右側的額下回(Inferior Frontal Gyrus, IFG)不僅與音高記憶有關 [1][5-7],也負責抑制機制,當右側 IFG 的皮質厚度降低,抑制能力便會減弱 [1]。研究者發現,耳蟲現象發生時,IFG 的活動或許能夠抑制耳蟲出現 [1][8-9]。此外,耳蟲出現的頻率與大腦的前扣帶迴皮質(Anterior Cingulate Cortex, ACC) 厚度也有顯著的關聯,當耳蟲出現得越頻繁,ACC 的皮質厚度越薄 [1]。ACC 位置所在的大腦網絡區域,即使是大腦處於「非任務狀態」時,仍在進行各種思維活動 [1][10]。也就是說,在人們處於放空、發呆,甚至沉浸在白日夢中的時候,ACC 並不會休息停滯,反而呈現高度活躍的狀態。一項研究顯示,ACC 的皮質厚度與非任務狀態的思維活動比例有關 [11]。若將耳蟲視為一種非刻意但可感受到的意識活動,則 ACC 在耳蟲現象的神經機制中,可能扮演重要的角色。

有些人會對耳蟲感到困擾,而有些人則會擁有正向的情緒。 圖 / AI創建

對某些人而言,耳蟲能喚起愉快回憶,帶來正面影響;但對另一些人來說,強烈情緒反而可能使耳蟲成為困擾。先前已有研究指出,聆聽音樂時較容易產生正向情緒的人,其海馬旁迴(Parahippocampal Cortex, PHC)體積通常較大 [1][12], Farrugia 等人也進一步發現,認為耳蟲對自己有幫助的人,其 PHC 的灰質體積也相對較大。他們推測,PHC 灰質體積較大可能喚起與耳蟲相關的記憶,激發情緒,讓耳蟲產生較正向的作用。此外,右側顳極(Temporal Pole, TP)則被認為與情感處理相關 [1][13],若 TP 灰質體積較大,個體對情緒的刺激反應可能更為敏感,而這一類的人也較難抑制耳蟲經驗所連結到的負向情緒反應。這些結果顯示,大腦結構與功能互相影響,使每個人對於耳蟲的感受都有所不同。

那些「洗腦神曲」是怎麼來的?這些特徵是關鍵!

除了大腦結構與自身情感機制會使得耳蟲現象發生之外,歌曲本身的特徵也扮演了重要角色。根據研究,歌曲若具備某些特徵,會更容易引發耳蟲現象 [14],如下所示:

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  1. 節奏較快:INMI 歌曲的節奏通常比非 INMI 歌曲快,輕快的節奏更容易吸引注意力並留下記憶。
  2. 旋律輪廓常見:若旋律的起伏模式符合人們熟悉的音樂結構,更容易在腦中重播。
  3. 特殊旋律轉折:即使旋律不常見,只要具有獨特且引人注意的起伏變化,也可能成為耳蟲。
  4. 近期曝光與流行程度:最近聽過或正在流行的歌曲,更容易成為耳蟲。
經常聽的流行音樂,更容易引起耳蟲現象。圖 / freepik 

重複的旋律,能夠促進兒童語言發展嗎?

根據研究,使用兒歌作為教學素材,能有效提升 4 至 5 歲兒童的詞彙量,且兒童在理解與運用新詞彙方面皆有明顯進步 [15]。兒歌是兒童日常生活中最常接觸的音樂形式之一,而且具備了引來耳蟲的特性:旋律輕快、有節奏感,常見且具記憶點。若兒歌能透過耳蟲現象在兒童腦中自發性地重現,利用這種「非刻意但頻繁回想」的特性,或許能在自然語境中提供兒童額外的語言練習機會,使語言學習不僅僅是限於教學情境中,甚至能夠延伸至日常生活的潛意識層面。

研究也指出,透過兒歌進行學習,不僅能提升幼兒的詞彙量,亦能增強其語言學習的自信心,自我表達也會更為積極 [15]。因此,若能善用兒歌作為語言學習的媒介,並考量耳蟲現象可能帶來的記憶強化效果,也許有助於促進兒童在語言學習上的發展。

耳蟲現象,其實有跡可循

總而言之,當你腦中突然浮現一段旋律,反覆播放、揮之不去時,其實不必感到意外。這正是大腦運作與音樂特性交互作用的結果,是一種相當普遍且自然的現象。即使你沒有刻意記住某首歌,它仍可能在潛意識中悄悄留下痕跡。

所以下次當某首歌又悄悄佔據你的思緒時,不妨放鬆心情,靜靜欣賞它的旋律與節奏。你之所以忍不住想哼唱,並不是因為分心,而是因為這段旋律剛好觸發了大腦中的某個開關,也許還會勾起某些情緒或回憶呢!

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耳蟲,是音樂在我們腦海中留下的溫柔印記,時刻提醒著我們:大腦與音樂之間,總有著令人著迷的互動。

參考資料:

  1. Farrugia, N., Jakubowski, K., Cusack, R., & Stewart, L. (2015). Tunes stuck in your brain: The frequency and affective evaluation of involuntary musical imagery correlate with cortical structure. Consciousness and cognition, 35, 66-77.
  2. Liikkanen, L. A. (2008). Music in everymind: commonality of involuntary musical imagery. In 10th International Conference of Music Perception and Cognition. Sapporo, Japan, August 2008 (pp. 1-5).
  3. Beaman, C. P. (2018). The literary and recent scientific history of the earworm: A review and theoretical framework. Auditory Perception & Cognition, 1(1-2), 42-65.
  4. Beaman, C. P., & Williams, T. I. (2010). Earworms (stuck song syndrome): Towards a natural history of intrusive thoughts. British Journal of Psychology, 101(4), 637-653.
  5. Albouy, P., Mattout, J., Bouet, R., Maby, E., Sanchez, G., Aguera, P. E., … & Tillmann, B. (2013). Impaired pitch perception and memory in congenital amusia: the deficit starts in the auditory cortex. Brain, 136(5), 1639-1661.
  6. Hyde, K. L., & Peretz, I. (2004). Brains that are out of tune but in time. Psychological science, 15(5), 356-360.
  7. Hyde, K. L., Lerch, J. P., Zatorre, R. J., Griffiths, T. D., Evans, A. C., & Peretz, I. (2007). Cortical thickness in congenital amusia: when less is better than more. Journal of Neuroscience, 27(47), 13028-13032.
  8. Aron, A. R., Robbins, T. W., & Poldrack, R. A. (2004). Inhibition and the right inferior frontal cortex. Trends in cognitive sciences, 8(4), 170-177.
  9. Aron, A. R., Robbins, T. W., & Poldrack, R. A. (2014). Inhibition and the right inferior frontal cortex: one decade on. Trends in cognitive sciences, 18(4), 177-185.
  10. 廖泊喬。(2024/3/13)。DMN腦神經科學研究:好好躺平有助潛能發展。觀點同不同。取自:https://issues.ptsplus.tv/articles/7927/
  11. Bernhardt, B. C., Smallwood, J., Tusche, A., Ruby, F. J., Engen, H. G., Steinbeis, N., & Singer, T. (2014). Medial prefrontal and anterior cingulate cortical thickness predicts shared individual differences in self-generated thought and temporal discounting. Neuroimage, 90, 290-297.
  12. Koelsch, S., Skouras, S., & Jentschke, S. (2013). Neural correlates of emotional personality: A structural and functional magnetic resonance imaging study. PLoS One, 8(11), e77196.
  13. Royet, J. P., Zald, D., Versace, R., Costes, N., Lavenne, F., Koenig, O., & Gervais, R. (2000). Emotional responses to pleasant and unpleasant olfactory, visual, and auditory stimuli: a positron emission tomography study. Journal of Neuroscience, 20(20), 7752-7759.
  14. Jakubowski, K., Finkel, S., Stewart, L., & Müllensiefen, D. (2017). Dissecting an earworm: Melodic features and song popularity predict involuntary musical imagery. Psychology of Aesthetics, Creativity, and the Arts, 11(2), 122.
  15. Christina, Y., & Pujiarto, P. (2023). The Effectiveness of Nursery Rhymes Media to Improve English Vocabulary and Confidence of Children (4-5 Years) in Tutor Time Kindergarten. Journal of Education Research, 4(3), 1326-1333.
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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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電磁波全揭秘:了解頻帶、頻寬、頻率和通信技術的基礎知識
數感實驗室_96
・2024/06/13 ・672字 ・閱讀時間約 1 分鐘

本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

先前我們介紹了多位為通信科技發展做出貢獻的科學家。現在,我們要深入探討無線通信的技術層面。

無線通信,顧名思義不像傳統的電話或電報那樣需要一條實體的線路來傳遞信號。但這些信號並非憑空傳遞,它們依賴的正是電磁波。

電磁波在現代社會無處不在,從微波爐、手機到基地台,這些設備都會發射電磁波。但其實即使沒有這些科技裝置,電磁波依然存在於我們周圍。什麼意思呢?答案就是:當我們白天走到戶外,看到的光,它其實也是電磁波的一種。

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希望大家掌握了這些電磁波、頻帶、頻寬等基礎知識後,未來在閱讀相關的電信新聞時更加了解他們提到的術語,以及各種縮寫。以後無論是科技發展的動態還是市場新技術,都能更有概念地理解。

更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

參考資料

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數感實驗室_96
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