便意：在有所感受時，排泄行為已經開始－－《圖解超級身體系統》

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

歡迎來到羞羞物理學的領域

編按：本書作者專攻（？）肛道聲學（研究產自屁股、引發聲響的力學波）與括約肌專屬之流體力學，研究穿越肛門的氣體與液體移動。接下來有不少關於肛門與括約肌的討論，請做好心理準備。作者表示：「就一個沒念過醫學院的人而言，我研究過的肛門圖表應該是世界上最多的。」

聲音來自能製造許多壓力波的振動。人類只能聽見每秒發生一定次數的波動（頻率），範圍特別是介於每秒二十次的重低音（20Hz）和每秒兩萬次的極高音（20KHz），因此，一顆屁要被聽見，必定來自振動頻率在此範圍的某種東西。這東西就是你的肛門，說得更明確點是你的直腸外開口，由肛門內括約肌與肛門外括約肌這兩組環形肌肉牢牢控制著。氣體在直腸這處氣體與糞便儲存槽裡累積時，壓力隨之累積，你會感覺到屁意或便意，因為有一組輕巧細微的機械式受器會傳訊息到大腦，說：「留意後頭，朋友，大條的要來了。」

這些知覺很靈敏，因此你通常可以分辨是屁還是大便。當你決定放鬆肛門外括約肌時（肛門內括約肌是你無法控制的，只有外括約肌在你掌控中），受擠壓的氣體就能衝開一個小漏洞，穿過肛門。

但，為什麼屁氣釋放時肛門會振動，發出那要命的呸呸氣音呢？好，這是因為壓力與摩擦力的緣故。情況是這樣，括約肌打開一點縫隙讓屁出來，但就在氣體移動時，氣體也在屁流過的同時將肛門括約肌吸回來，部分是因為流速快使壓力降低，部分是因為氣流沿著括約肌周圍繞出，還有部分原因是有洞開啟，直腸裡的壓力稍微下降。因此洞會短暫關閉，但幾乎在關閉的同時，壓力又多一些，再度把洞推開，降低壓力後又關上，如此反覆形成快速打開又關上的動作。當這打開又關上的重複動作每秒發生至少二十次，恭喜中獎，你製造了在聽覺範圍內的長串壓力波，獲得一顆屁了！從這裡開始就會談到流體力學^＊。很神奇，對吧？

所以，直腸內高壓與屁從肛門衝出瞬間所創造的低壓進行對抗，打造出響屁。

在屁流出時縮緊或鬆開括約肌也能讓你改變屁的響聲──將屁眼擠得愈緊，音調就愈高，因為這樣會增加直腸裡的氣體壓力──而括約肌愈緊，孔洞愈小，振動就愈快。

看來有點兩難是吧？將括約肌鬆得太開有可能會洩出一點便便（一般稱為水屁），而更糟的是完全不放屁。括約肌真是不聽話。

藉由控制括約肌，你可以創造娛樂效果，也能維繫自己與心儀對象的關係。比方說，如果天還沒亮你就驚醒了，感覺有股大砲即將引爆，可是又不想吵醒枕邊人，請先為空氣撇條做好準備，在氣體即將出來時，就把兩瓣屁股盡量掰開，這樣括約肌篤定張開著，無法振動產生那熟悉的刺耳聲，你的直腸氣逸出只會帶著潛力被浪費掉的一絲咻咻嘆息，你的床伴依舊無知是福的安然熟睡（當然啦，還得看看它荼毒嗅覺的程度）。後續氣流當然也要小心，但多數練過的放屁人都有辦法好好收尾的。同樣的情況，如果已經早上七點，太陽晒到你伴侶的屁股上了，請將自己屁股與括約肌收起，像琴弓一樣繃緊，再用全力一洩而出，早安！

放屁的白努利定律／寬德效應

丹尼爾．白努利（Daniel Bernoulli，1700-82）是瑞士物理學家兼數學家，出生於苛薄善妒又工於心計的科學世家。他在力學研究中的數學應用這方面特別有天分，以白努利定律聞名後世，該定律描述流體力學中的能量保留現象。聽起來很無聊，實際應用卻很有趣，這是汽車汽化器運作的基本原理，可能也解釋了屁在不同情況下會以不同壓力與速度行進的現象。

白努利定律是這樣的：在運動的流體中，流動速度高的點承受壓力比較小。

據稱能表現這個運動現象的典型科學演示就是讓乒乓球在吹風機的氣流中漂浮，或者我個人偏愛的做法是，用吹葉機讓沙灘球飄起來。有不少物理學家爭論這現象究竟與白努利原理相關，還是寬德效應所致，不過利用紋影光學（Sschlieren optics）這種漂亮的視覺呈現技巧來分析球體周圍的氣流，可以清楚顯現球離開中央氣流，移向一旁，和噴射器中間較快的氣流相比，外側氣流速度較慢，球正被吸－與推－回到中間。白努利原理適用於封閉系統，但是在這個例子也行得通。

屁也一樣，當它衝出括約肌時會產生低壓，將括約肌吸回關閉位置，括約肌之前打開放出屁時，壓力暫時減弱也有關係。

羅馬尼亞工程師寬德（Henri Coandǎ，1886-1972）當兵表現糟透了，幹工程師的工作則特別優異，自稱他製造的寬德 1910 是史上第一架噴射機（不過他同事及當時的人都不相信那是史上第一架）。他在空氣動力學下了功夫，發現噴射的流體傾向於貼緊在浮凸表面上，形成低壓區域，這個結論被稱為寬德效應，這是另一個，或許講得更好的一個，能用來說明為何海灘球會漂浮在氣流中央的基本原理。如果球飄離主要噴射氣流，外側氣流速度較慢，擾流也多（壓力較高），而在氣流中央的球體凸面上的空氣流速比較快（壓力較低），這樣一來，球會被吸（與推）回中央。挺複雜的，但相同的壓力變化也可能在你的括約肌邊緣上演。

如何建造由吹葉機驅動的超大響屁？

小事一樁。首先你需要巨大括約肌。

1. 從水槽下拿出橡膠手套，或者去買直徑一公尺的氣球（用這個特別適合）。如果是用手套，切掉手指與拇指部分，只留下手腕處的橡膠袖套。若是用氣球，就將氣球橫向切半（也就是不要縱切，不要切到吹口部分）。
2. 拿到吹葉機後要小心，這玩意兒可以變得很危險。絕對、一定、萬萬不可朝著自己的臉。
   只要有一丁點砂石被吸進去，就可能毀掉你的眼睛。切記別這麼做。
3. 把手套或氣球最細的一端拉開、套上吹葉機，用強力膠帶封好固定住。
4. 戴上耳塞，或者戴著耳機，然後請朋友拿著吹葉機，自己以雙手抓好手套或氣球鬆開的那一端，將它拉住、張開以做好準備，站在它的某一側，別讓吹口對著你。
5. 現在大聲叫你朋友啟動吹葉機，當空氣通過吹葉機暴衝而出，可拉著、鬆開這括約肌來調整聲音，從劈里啪啦響亮高音到恐怖片級女妖鬼叫，各種屁聲都行。
6. 痛快地玩吧。

＊ 給某些物理達人讀者。流體力學有個關鍵原理稱為白努利定律：流體速度增加時，壓力會降低。但是，任何能力還不差的工程師都知道，這只適用於流線（流體在力場中的流動線條）當中。麻煩的是，一旦你的屁通過肛門內括約肌，到達肛門外括約肌並逸出成為開放狀態，要確定流線實際上的位置就變得複雜了。

本文摘自《一顆屁的科學》，2019 年 7 月，時報出版。