0

12
0

文字

分享

0
12
0

科學寶可夢 #111 鐵甲犀牛:不如叫石墨烯牛

Rock Sun
・2017/02/25 ・2494字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

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。

不要連牠也被獵到絕種 #111 鐵甲犀牛

圖/ubasuteyama – DeviantArt

不管是動漫、空想、還是寶可夢世界,都有一些生物擁有一些令人匪夷所思的生理特性,例如:由黃金打造的外皮、鑽石做的身體……等[註1],這些特性最有趣的地方就是它們都是現實中真的存在的物質,但以一種很神奇的方式存在於生物身上。

現實世界我們有幾丁質碳酸鈣這類東西可以組成生物外殼,但我們就是沒聽過身穿鐵甲的生物(很可憐穿著鋁罐的寄居蟹不算)。原因很簡單:麻煩——重量麻煩、替換麻煩、取得麻煩、對身體代謝也沒幫助。

但這裡我們卻有一個莫名的傢伙,默默地藏著強大又珍貴的前衛物質在他的體內。

 鐵甲犀牛巨大的骨頭比人類硬 1,000 倍,可以輕鬆地撞飛大型拖車。」(藍、葉綠[註2])

比人骨硬 1,000 倍,所以是多耐撞?

比人類硬 1000 倍?聽起來很厲害,但到底是有多誇張呢?

閃喔~圖/GIPHY

首先我們需要知道一些人骨的數據,老實說這並不容易,儘管人類老早就開始在研究骨頭了,但人骨的物理性質近幾年還是一直在更新[註3]。從筆者找到的資料,人類硬骨平均密度大概是 1,000~1,200 kg/m3,並且有著 130 mpa(帕斯卡)的極限抗拉強度。

至於從鐵甲犀牛的敘述,表示牠的骨頭是人類強度的 1,000 倍,那麼就應該是指他的極限抗拉強度是 1000 倍。我們先不管密度,簡單地把人骨的極限抗拉強度乘以 1,000 倍,我們得到 130,000 mpa,也就是每平方公尺可以承受 130,000 牛頓的力。

這個數字,基本上已經是物質硬度表峰頂的程度了,也就是在材料試驗機中,鐵甲犀牛的骨頭差不多是可以承受一台時速 60 公里行駛車子撞擊的強度,所以只要鐵甲犀牛不要跑超過時速 60 公里,牠大爺不管怎麼亂衝亂撞大概都無所謂吧~

大哥你是認真想騎牠的嗎?圖/Pokémon Wiki

很有趣的是,這個數字並不夢幻,因為查查極限抗拉強度表,你會找到一個物質擁有一樣的抗拉強度——石墨烯

石墨烯這個有諾貝爾獎認證的神奇物質這裡就不多做介紹了,有興趣的人可以去搜尋無數的泛科學文章這裡我想聚焦在它的重量上:根據 2010 年諾貝爾物理學獎的研究中提到,1 平方公尺的石墨烯重量是 0.77 毫克(mg),是 1 平方公尺紙的 0.001%,但他只有單原子的厚度。

現在問題來了,要擁有這樣的強度,鐵甲犀牛的內部骨骼勢必是疊合非常緊密的石墨烯,而且石墨烯應該才佔牠體重大概沒多少吧!從其他犀牛的身高體重做很大約的推算[註4],身高 1 公尺,體重 115 公斤的鐵甲犀牛只不過比同體型的犀牛重一點點,如果石墨烯基本上沒有什麼重量,那牠的鐵甲可能就真的是很重了。

能輕鬆撞飛拖車是要多快?

現在來到圖鑑的後半段:可以輕鬆地撞飛大型拖車」,一台大型拖車重量可 60 公噸[註5],一隻體重 115 公斤的鐵甲犀牛竟然可以撞飛這麼重的東西?怎麼覺得牠應該跑太快了……假如鐵甲犀牛撞到拖車立刻停下,能量全部轉移,而拖車在 3 秒內向後飛了 10 公尺,從動量守恆,我們計算得到鐵甲犀牛速度是時速 270 公里!!!

斷了~都斷了(圖/reviewing pokemon)

這豈不是超出範圍了,好不容易身體裡面長了強大的石墨烯,結果為了展現自己多強大,一撞就骨折了,就算你有鐵甲」,在這種撞擊力下還不是都碎了,這還是沒辦法保護你啊!

只好祈禱鐵甲犀牛們無法跑那麼快,托車沒那麼大台了,他們可能是世界最豐富石墨烯來源啊!

(開玩笑的~ 狩獵動物並不好,請大家保護犀牛。) 

註解

  1. 這些標榜用鑽石、黃金打造的怪獸或人物通常都有神奇的體重或生態,例如從攝食的泥土中取得,到底是要吃多少土才能長成這樣,人類吃下蝦子的甲殼也不會長出來,只會從大便排掉而已。
  2. 除了這篇文章中的敘述之外,R 編另外一個很想分析的是「非常強大,可以撞倒摩天大樓」(鑽石、火紅、紅、綠),但這取決於各種撞法和大樓工法,所以最後作罷。其他敘述例如「腦子只有一根筋所以只能考慮一件事。開始猛撞後到睡著前都不停下。」(黃、銀、魂銀);「只能記住一件事,一開始衝就忘記理由了,因為會馬上忘掉。」(水晶、藍寶石)…..等,全是在笑鐵甲犀牛的智商。
  3. 根據 R 編找到的資料,1996 年時一本牛津的醫學課本記載骨質密度是 1000~1200 kg/m3,1999 年的ㄧ本人體的物理學記載是 1900 kg/m3,但這個數字是指單純的密度,到 2000 年時變成 1000 kg/m的骨質密度……幸好後來沒什麼用到這個,要不然又要考慮鐵甲犀牛的骨質了。
  4. 一般犀牛身高大約是 2 公尺,體重 3 公噸,至於剛出生的小犀牛身高大約 70 公分,體重 60 公斤,由於很難找到每一種犀牛的長寬高,所以利用目測的體積與體重的關係大約求了鐵甲犀牛這個體型的體重,差不多是 100 公斤。
  5. 在各種貨車橫行的美國,這數字從 10 公噸到 70 公噸都有,根據長榮貨運的介紹,光是裝滿的貨櫃本身都有幾十公噸了。這裡既然是說大型貨車,那就找大一點啊。

參考資料:

  1. Pokemon Database
  2. 維基百科(犀牛拖車強度石墨烯
  3. The Physics Facts Book: Bone Density
  4. Rhino Resource Center
  5. 長榮貨運:貨櫃重

數感宇宙探索課程,現正募資中!

相關標籤:
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


0

4
1

文字

分享

0
4
1

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)

數感宇宙探索課程,現正募資中!

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。