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科學議題該如何突破同溫層?——《物理雙月刊》

物理雙月刊_96
・2017/07/31 ・2328字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 584 ・九年級

  • 編譯/常雲惠

近年來,世界各地的政治格局發生了許多變化,民粹主義抬頭,施政者短視近利的作法,在在使得以往那種尊重專業知識的價值,以及依循證據而擬定政策的作法遭到貶抑。此外,在個人的生活中,各式各樣的訊息,不論正確與否,都能在網路上的社交圈裡快速傳播,加上所謂的「同溫層」或「迴聲室效應」(echo-chamber effect),因此由「志同道合」的個體所組成的社群,在觀點的交流與資訊的流通上,很容易與外界隔絕;近來讓人吃驚的幾則新聞,如川普的勝選或是英國脫歐公投,都與這類社交圈的封閉特質有關。

另一方面,在社交媒體中,意見相左的個人,在意見的表達上,很容易由辯論轉為爭論,甚至淪為筆戰與謾罵。這樣的結果不僅阻礙了有意義的討論,也讓其他人無法加入討論。

圖/domeckopol @ pixabay

此外,愈來愈普遍的民粹主義、虛假平衡(false balance)、否認科學(science denial)、虛構的新聞(fictional news)等,在在都讓我們有理由擔憂,這是由於一般大眾對科學的認知不足所造成的。由於我們的政治、商業與媒體等階層,在科學素養上的欠缺,於是,毫無意外地,那些由科學家根據事實而做出細膩周延的建議,便經常被這些雜音所掩蓋。因此,我們不難理解,近來希望學者們走出象牙塔,轉向行動主義,增加與公民互動的呼籲,愈來愈高的理由。

然而,光是鼓勵或呼籲研究人員去參與他們「同溫層」外的活動,是否就已經足夠了?若是不夠,那麼還有甚麼是我們可以做的呢?

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有多少位議員是具有STEM背景的博士?

今年(2017)一月號的《自然-微生物》(Nature Microbiology)社論,提出一個可能的做法,就是動員那些已經接受過高階科學訓練,卻又不特別想從事純科學或工業研究的博士生或是博士後研究員,走進入全然不同的領域,打造全新的職涯。

具有科學、技術、工程與數學(STEM)背景的博士,在從事研發與生產的高科技產業,以及專職科技產業分析的商業界,對於博士一直有著高度的評價。這當然是由於,在整個博士的養成過程中,博士生透過研究計畫而學到的管理經驗,以及符合業界需求的各項專業技術與分析技能等。然而,在這些領域之外,例如政府機關、財務、法律、經濟、教育以及傳媒等這些足以在根本上影響到我們整個社會的機關團體,是怎樣的情況呢?

在英國,2015 年大選之後入閣的六百五十名議員當中,只有一名是 STEM 的博士;美國的參議員在這方面的博士則是從缺,而其眾議院的五百三十五名代表當中,也只有二位 STEM 博士而已。甚至世界前百大企業的執行長當中,也只有三位具有博士學位。這絕對是個令人失望的數字。然而,與其絕望地認為高深的科學訓練並未得到應有的重視與價值,不如將此視作一項挑戰,一處我們能夠加以建設的基石。

圖/jdn2001cn0 @ pixabay

想要散播科學的種子,或許應該思考如何協助博士生與博士後研究人員轉戰到其它領域,提供他們學習與進修跨領域所需要的技巧與經驗。許多進行科學研究的機構與大學,同時也有提供許多廣泛領域的課程,例如經濟學,政治學,商業管理,市場營銷與創意寫作等。對於希望轉換跑道的準博士們,這些課程正是最好的機會,可以協助他們習得新領域所要求的語言、知識及技巧,做好準備,迎接挑戰。尚未提供類似管道的學術機構,或許可以思考應如何建立制度,以幫助那些決定轉換跑道的博士生,在畢業之前有機會選擇以免費或是學費優惠的方式,用一或二個學期的時間去接觸其它學門。

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去接觸科學吧!科學家也要更關心社會

另一方面,也應該鼓勵非科學或工程領域的學生,花一些時間進入研究實驗室,接觸基礎科學,並增進在科學方法與嚴謹分析方面的知識與技能。運用我們大學院校的集體專長,以這樣的方式準備我們的博士生是個長期投資。一旦成功建立起人才流通的的渠道,這一代具備科研素養的研究人員便能順利的進入各個領域,進而在各個崗位上發揮的影響力,這將是這項投資的最佳報酬。

圖/ mhiguera @ flickr

該社論中並鼓勵科學家盡一切所能,廣泛地參與公眾事務,分享所思所得。也呼籲留在行內耕耘的科學家支持那些轉戰其他領域的同事,不要把他們當作失敗者。因為這年頭,對於大量湧入研究所就讀的碩博士而言,成為大學教授,只是另一種職涯上的選擇。該社論中更強調,如果你正好是這種汲汲於這個目標的博士生,也希望鼓勵你拓寬視野,在科研人員常會選擇的傳統行業之外,尋找另外的發展機會。在商業、媒體、金融或政府單位任職,不論是任何領域,其實都與跟從事科研工作一樣,都能獲得智性與金錢上的報酬。

文中也提醒那些受科研訓練之後轉戰其他領域的人員,切莫忘記受過的訓練,因為那是在未來所扮演的角色中,讓你能夠與眾不同、脫穎而出的重要特質,因此要時刻不忘過去對科學的理解與所受過的訓練。

想像在未來的選舉時,我們的候選人名單中包括前神經科學家、前粒子物理學家或者是化學家等。想像出現在晚間新聞裡的主播,之前是個微生物學家,頭條新聞不是最近發生的名人軼事,而是針對一個艱深的議題,在尋求真正專家的建議。想像一名工業界的首腦,曾經是某實驗室的主管,或是廣告公司的主管,不是以帥哥美女的方式,而是以科學的內涵來廣告某個商品。如果這也是你所希望的世界,請讓我們一起來為它催生!

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出處來源:『Sowing the seeds of science』


本文摘自《物理雙月刊》39 卷 6 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

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《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。

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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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2024 臺灣科普環島列車啟程 催生科學傳播新力量
PanSci_96
・2024/10/21 ・915字 ・閱讀時間約 1 分鐘

「2024 臺灣科普環島列車」今(21)日自臺北火車站啟程,沿著西部幹線南下,將於 10 月 21 日至 26 日搭載全臺 202 所國小學生,展開 6 天的科普環島之旅。前副總統陳建仁、國科會主委吳誠文、數位發展部部長黃彥男、交通部臺灣鐵路公司副總經理賴興隆,美、荷、法、德、英國等駐臺代表、9 家車廂參與單位代表及師生們均蒞臨開幕式。

高中生成為科學傳播新力量 助力全臺科普教育

吳主委表示,自 2016 年以來,已連續 9 年舉辦科普環島列車活動,持續推動科學教育。今年活動規模擴大,火車將在 6 天內行經 17 個縣市、32 個站點,提供超過 300 項科學實驗,讓全臺學童能從小接觸科學。

更值得一提的是,近年來國科會積極邀請全臺高中學生,透過科學培訓後上車擔任「車廂關主」,帶領國小學童玩科普;高中生們由「知識接收者」轉為「科學傳播者」的角色,不僅加深其擔任小老師的使命感,也提升科學傳播、知識轉譯及組織規劃能力。

今年有 391 位來自全臺 18 所高中的學生參與培訓,其中 162 位為女學生,突破科技領域的性別刻板印象,展現女性在科學界的力量。這些科普小老師們將於 10 月 21 日至 26 日帶著全臺各縣市、鄉鎮國小學童學習更多有趣的科學實驗,為科普教育展開多面向的正循環。

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2024 年的科普環島列車很不一樣! 全民一起上列車、長知識

「2024 年臺灣科普環島列車」停靠站點及時刻表

今年臺灣科普環島列車首度開放全民上車體驗,活動開放報名迅速額滿,共有360位民眾參加,8節車廂搭載不同科技主題的特色實驗,包含今年最發燒的 AI 人工智慧、半導體、衛星通訊、以及與我們生活息息相關的隔震減震知識,都設計在車廂的科學實驗活動中,讓參與活動的學生、民眾能獲得最新最熱的科技知識。各車廂活動由台灣默克集團、友達永續基金會、瑞健醫療、ASM 台灣先藝科技、國家地震工程研究中心、數位發展部、緯創資通、聯華電子科技文教基金會和上銀科技等單位規劃設計。

國科會特別感謝各參與單位的支持與合作,讓此次活動更豐富多元。科普列車活動期間,在全國各地火車站及周邊地區也同時舉辦科學市集,歡迎各地民眾經過火車站時不要錯過難得的科學體驗機會!

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量子科技即將走入生活?最有趣的科學知識傳播 QuBear 量子熊,來了!
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・2023/07/10 ・676字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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不知從什麼時候,「量子」取代了磁場、奈米,成了時興的名詞。特別是把量子與資訊兜在一起,無論是在科學或是科技上,都深具潛力。或許有一天,我們將打開以量子位元建構的量子電腦,透過量子演算法進行各種計算,並把資訊用量子傳輸的方式傳遞出去。

這樣的日子可能真的不遠了。

為了因應量子科技時代的來臨,行政院在 2022 年 3 月宣布成立「量子國家隊」,由 17 個產學研團隊組成,包含了通用量子電腦硬體技術、光量子技術、量子軟體技術與應用開發這三大領域。

「量子熊 QuBear」身為量子國家隊的推廣擔當,針對年輕世代學子,激發量子科學與科技的興趣與瞭解,將全力推動 Quantum PAY,以三大多元管道「Podcast、 Article、YouTube」進行知識傳播,內容類型含括播客、文章跟影音短片。量子熊 QuBear 除了打造線上平台,更製作多個 quantum PAY 學習模組,努力朝著建立量子熊的微學習平台,以及建構長遠的科學知識傳播生態圈的目標前進。

最後,你或許會好奇,量子熊的名字是怎麼來的?

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量子電腦的核心技術是量子位元 (qubit)。英文發音快一點,就跟 QuBear 有點相似,於是就裝個可愛,叫做量子熊啦!

記得看到量子熊時,幫忙按讚、訂閱,還有~開啟小鈴鐺~https://www.youtube.com/channel/UCkWM3vYaCd_VoPHQ1hrUdzA

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