提出科學「典範轉移」：孔恩誕辰 │ 科學史上的今天：07/18

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

醫學論文造假事件

去年醫學論文造假事件鬧到最鬧烘烘時，很多圈內的朋友也都不約而同做了很多相同的夢，內容非常真實又刺激，曲折離奇到說出夢境都絕對要發表不自殺聲明。

毫不例外的，現實當然也要比很多影視作品還更變態，狗血狂灑到編劇都嚇到吃手手，不信看看從造假後一路走來，台灣高等教育和學術圈在面對愈來愈嚴峻的國際競爭壓力下，各種明爭暗鬥、扯後腿、落井下石，真是令人眼花撩亂，難怪台灣書市的大眾小說幾乎全都變小眾了，因為讀報紙就比大眾小說精彩。

醫學論文造假事件後，除了造成有學校沒有校長，很多新同事和助理、學生要去上所謂的學術倫理課，以及信箱不時收到誠信電子報，在制度和體制上幾乎沒有任何改變。相信再來一次，同樣的戲碼又不會不再重演一遍，然後更多無辜的人要逼得寫作文，或小說。

讓科學界莘莘學子重新點燃希望

這是一個很難讓人樂觀的年代，不過在這個現實虛構顛三倒四的惡質現狀下，慶幸的是有部優異的作品橫空出世了！在紛紛擾擾的環境中，這本小說卻很瘋刺的比讀報紙才知道的事情還來得更像是真實的！

在一系列造假事件中，學術圈內異常的安靜，就連我夢中在醫院裡工作的線民，都回報說醫院內所有人上班時都完全不像聽說任何事一樣，在茶餘飯後都完全沒人想要提到這件事，一整個河蟹到可怕，據說膽敢要說八卦的話，都要作夢跑離院外好幾公里外才行，果然比台日版的《白色巨塔》（白い巨塔）還變態，還好是作夢夢到的。學術圈內的大佬也沒人敢出來批評什麼，只有個位數學者敢在媒體上大量投書。

就在那幾位膽敢大量投書媒體的人物中，最突出的就是國立宜蘭大學生物機電工程學系特聘教授 ──《科學月刊》、《科技報導》前總編輯蔡孟利老師，以專業證據、實際訪談為基礎，提出強力的質疑，是極少數的正義之聲。據說他母校已有很多師生及校友感到 ⋯⋯ 因此，台灣就平添了一位優異的小說家！

龍困淺灘，不死也傷！

科學的價值、教育的價值、大學的價值，在純粹的名利追逐下，無形中崩壞！有人還敢說在學者和官員的這些作為下，能帶給社會正面的力量，以及給予莘莘學子追求和現實夢想的勇氣嗎？！難怪人才加速流失。好棒棒，沒有關係，很可以，我們還有小說《死了一個研究生以後》。

在「死了一個研究生以後」 ……

在細胞培養室裡無預警地開了一氧化碳自殺，然後她就死掉了。讓一個宅男在十幾天中步向人生中，比做實驗追求知識更真實的探索之旅，探索學姐的死因、探索人生中的其他面向、探索愛情。科學研究，原本就是要犧牲一個人很多很多青春和精力的，可是換來的不是高尚的理念，而是成了追名逐利下被吃掉也不痛不癢的小棋子，都不知大人要怎麼教小孩了。

原本以為，《死了一個研究生以後》只是一本人物對白簡單的爆料驚悚小說，可是沒想到這卻是一本文學性頗強的小說，甚至讓人忘了真實世界中的論文造假事件，即使真實的世界的夢境中，真的死了人。

我相信，沒讀過《死了一個研究生以後》的朋友遠超過讀過的，因為讀過的朋友見面時都不約而同問對方讀過了沒，即使不是生科人，也讀得津津有味。很難想像理工宅的處女作，就交織出複雜的劇情、深厚的感情、合理的線索，讓讀者跟著一位宅男抽絲剝繭，並且在宅了很多年的象牙塔脫困後在現實世界中遭遇各種逃避過的衝撞，簡直就是本宅男的異想世界，宅得很精彩！

《死了一個研究生以後》中的命案把一自以為投身科學研究的宅男搞得七葷八素，現實中更多阿宅的故事只恐怕更杯具。《死了一個研究生以後》把一個宅男的生活和心理刻畫得入木三分，包括對正妹們的諸多性幻想。我雖然一點也不宅，但看看周遭的宅男們，也感到好親切和熟悉。

作為一部傳說中的推理小說，《死了一個研究生以後》是有些不足，就是壞人實在太善良了，果然學界大佬都還是吃素的，讓結尾對照整本小說而言顯然不夠緊張刺激。連邪惡的老闆也只能拿科學哲學大師孔恩 (Thomas S. Kuhn，1922－1996)《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 的典範論來打打嘴炮，讓我真想巴他兩下，用力打臉說他怎麼知道他的典範不會被轉移掉，造個屁假啦。然而，瑕不掩瑜，近年台灣已少有這麼優異的小說問世了！

泛科學現在推了個泛科幻獎，徵求短篇和中短篇科幻小說。我已想好兩部科幻推理小說的題目了：《死了一個大學校長以後》，以及其續集《死了一個教育部長以後》，請大家拭目以待，期待都能在夢中讀到這兩部劃時代的巨著！

最後，本人在此特地聲明：

本人樂觀開朗，身體健康，無任何使我困擾之慢性病或心理疾病，故絕不可能做出任何看似自殺之行為。

本人從無睡眠困擾，故不需服用安眠藥。

本人不酗酒亦不吸毒，也絕不會接近下列地點：
1. 開放性水域
2. 無救生員之游泳池
3. 有高壓、危險氣體，或密閉式未經抽氣處理之地下室、蓄水池、水桶等
4. 無安全護欄之任何高處
5. 任何施工地點（拆政府除外），包括製作消波塊之工地
6. 任何以上未提及但為一般人正常不會前往之地點

本人恪遵下列事項：
1. 車輛上路前會檢查煞車部件、油門線等，並會在加油前關閉車輛電源與行動電話。
2. 絕不擅搶黃燈、闖紅燈。
3. 乘坐任何軌道類交通工具一定退到警戒線後一步以上，直到車輛停妥。
4. 騎乘機車必戴安全帽；乘車必繫安全帶。
5. 絕不接近任何會放射對人體有立即危害的輻射之場所（如核電廠）或設備。
6. 颱風天不登山、不觀浪。

本人將盡可能注意電器、瓦斯、火源之使用。

本人居住之房屋均使用符合法規之電路電線，絕無電線走火之可能；也絕未在家中放置過量可燃性氣體或液體。浴室中除該有之照明外，不放置任何電器用品，並在睡覺前關閉除電燈、冰箱、電扇外之所有電器開關。

本人絕不會與隨機的不明人士起衝突，並盡可能保護自我人身安全。

所以若網友在看完此聲明之後，近期或將來發現此帳號不再上線，請幫我討回公道，謝謝。

本文原刊登於 The Sky of Gene。

大家都覺得很重要，但希格斯玻色子到底是什麼？

2012 年粒子物理學家正式宣佈發現希格斯玻色子，這件事馬上變成國際頭條，《紐約時報》寫道「希格斯玻色子的發現，代表科學的進步，能對現代文明提供最好的解決方案。」每個人都像發現大秘寶一樣興奮，不過清楚知道自己在興奮什麼的人應該不多……不信的話我們先來做個小測驗好了！

希格斯小測驗

一、在「希格斯玻色子」這個名字用來命名粒子之前，它最為人所知的是：

1. 兒童最愛的電視小丑
2. 中情局最危險的間諜代碼
3. 在「星際大戰」中，天行者路克的兒時玩伴
4. 你朋友在「龍與地下城」中的角色

二、對或錯：如果直接吞下去，希格斯玻色子比超火辣口味「奇多」更容易上癮。

三、對或錯：希格斯玻色子是希格斯和玻色這兩位理論家所預測的粒子。

看完文章後在附註中核對你的答案，看看你知道多少：）^註1

認真來說，找到希格斯玻色子是科學的一大勝利。它給了我們一個最佳展現，那就是：尋找模式是了解宇宙的良好方針。

希格斯玻色子可能存在的想法，來自於研究傳遞作用力的粒子模式，以及關於它們質量的問題，這些粒子是光子、W玻色子和 Z玻色子。物理學家問：「為什麼它們其中的光子沒有質量，但是其他粒子（W及Z）的質量非常大？」就一個我們稱為質量的標籤來說，這種有些力場粒子質量是零，但有些不是零的特殊情況，實在是太奇怪、太莫名其妙了。

希格斯和其他幾位粒子物理學家關注了這個問題一段時間，就決定這樣找出答案：把質量做出來吧。

真的，他們就是這樣做的！如果你再添加一個粒子（希格斯玻色子）和它的場（希格斯場）到方程式裡，那麼把質量視為粒子標籤（以及某些粒子為何有更多質量）的想法，就開始有了意義。

大致說來，這個理論可以如此陳述：

希格斯場可以想像成一個瀰漫整個宇宙的場。它可以做其他場不能做的事：既非吸引力也非排斥力，而是讓粒子寸步難行或是速度減緩。希格斯場能讓粒子達到與擁有慣性質量般的相同效果。

希格斯場與粒子之間的交互作用愈多，粒子看起來擁有的慣性（或是質量）就愈大。這進一步暗示，粒子與希格斯場交互作用所產生的慣性，就是粒子的質量。這就是粒子「擁有質量」的定義。

一些粒子非常強烈的感覺到希格斯場，代表它們需要很大的力量來加速或減速：這些粒子有很大的質量。其他粒子幾乎感覺不到希格斯場，所以它們只需要很小的力量來加速或減速：這些粒子幾乎沒有質量。

讓我們花點時間思考一下。希格斯場的發明，是一個典範轉移的見解，同時也是一個明顯無趣的聲明。

希格斯場是一個典範轉移， 因為它給了你對於「質量是什麼？」這個問題，一個全新的思考方式，這是不得了的成就。但是，希格斯場的論述也是沒什麼大用的，一旦你接受了粒子質量不過是神祕的量子標籤，而不是粒子的內含物。

事實上， 它沒有解決最重要的問題：「為什麼粒子有不同的質量？」 所有的理論都是把一個問題變成另一個不同的問題：「為什麼所有物質粒子對希格斯場的感覺都不一樣？」

根據希格斯理論，物質粒子的質量大小並沒有特別的理由。質量大小就好像是隨機選擇一樣，也可以有完全不同的數值。即使你改變質量，也不會打破任何理論，現有的物理定律仍然照樣運行。

希格斯理論確實解釋了為什麼作用力粒子（光子、W 和 Z）具有現有的質量，但是不能通盤解釋物質粒子為什麼具有不同質量（為什麼有些與希格斯場交互作用多，而有些卻很少）。質量大小可能有種模式，但是到目前為止，最好的宇宙理論只將物質粒子的質量列為任意數目。

重力質量

我們來到了有關質量奧祕的最後一片拼圖。

當我們之前思考如何測量某物的質量時，你很可能也想到了一個不同於發泡膠子彈玩具槍的精確方法：何不用磅秤！

磅秤能測量物體的重量，也就是測量地球對物體施加的重力拉力。這與質量密切相關，因為擁有更多的質量，受到地球的拉力愈大。在一個粒子的情況下，你也可以把重力質量看成「重力荷」。當兩個粒子有電荷時，它們彼此感覺到電力，電力與電荷成正比。以同樣的方式，當兩個粒子具有質量時，它們感受到與自身質量成比例的重力吸引力。

兩種質量是一樣的嗎？

重力質量與我們前幾頁談論的慣性質量相同嗎？可以說是，也可以說不是。

說它不是，因為我們所謂的「重力質量」，似乎決定了施加在物體上的重力，而且我們使用不同於慣性質量的技術（磅秤）來測量它^註2。

說它是，因為我們可以用兩種方式來測量質量，到目前為止，我們從未觀察到物體的重力質量和慣性質量之間的差異。

這多麼令人匪夷所思。沒有真正的直觀原因有說明，兩種質量應該一樣。它們其中一個（慣性質量）是描述如何抵抗運動，另一個（重力質量）是描述有多想被重力拉動。

以我們現在的物理學架構來看，我們不知道為何如此。我們只是假設兩種質量是一樣的，而這個等效性假設，是愛因斯坦廣義相對論的核心。廣義相對論用非常不同的方式看待重力。它不是把重力視為：作用於附著在粒子和能量背後的任意「荷」，而是把重力描繪為質量和能量周圍時空的彎曲或扭曲。

所以，愛因斯坦的理論讓兩種質量的聯繫更加自然，不過它還是沒有告訴我們「為什麼是這樣」。除了相對論之外，我們的粒子物理學理論把重力質量和慣性質量視為不同的概念，但實驗上我們看到，它們是一樣的。這非常強烈的表明，兩種質量有極深刻的聯結。

• 註1：如果你真的試圖回答任何一個問題，代表你應該有好好閱讀這一章，但還是一頭霧水，對吧？這就是作者想要表達的感覺ＸＤ
• 註2：這是牛頓的重力觀。往後，我們會學到廣義相對論的版本，在廣義相對論裡，重力不是作用力，把重力視為質量造成的時空扭曲會更加合理。

本文摘自《這世界難捉摸：霍金也想懂的95%未知宇宙》，遠見天下文化出版。