防曬乳讓你晒SUN不晒傷

唉！好曬呀！前兩集，一些觀眾發現我曬黑了。

在臺灣，一向不缺陽光。市面上，美白、防曬廣告亦隨處可見，不過，為什麼我們會被陽光曬傷呢？卻又好像沒聽過被日光燈曬傷的事情？

事實上，這也跟量子力學有關，而且和我們今天的主題密切連結。

之前我們討論到量子概念在歷史上的起點，接下來，我們會進一步說明，量子概念是如何被發揚光大，以及那個男人的故事。

光電效應

在量子力學發展過程中，光電效應的研究是非常重要的轉捩點。

光電效應指的是，當一定頻率以上的光或電磁波照射在特定材料上，會使得材料發射出電子的現象。

在 19 世紀後期，科學家就已經發現某個奇特的現象：使用光（尤其是紫外線）照射帶負電的金屬板，會使金屬板的負電消失。但當時他們並不清楚背後原理，只猜測周遭氣體可能在紫外線的照射下，輔助帶負電的粒子從金屬板離開。

於是 1899 年，知名的英國物理學家 J. J. 湯姆森將鋅板放置在低壓汞氣之中，並照射紫外線，來研究汞氣如何幫助鋅板釋放負電荷，卻察覺這些電荷的性質，跟他在兩年前（1897 年）從放射線研究中發現的粒子很像。

它們是比氫原子要輕約一千倍、帶負電的微小粒子，也就是我們現在稱呼的電子。

1902 年，德國物理學家萊納德發現，即使是在抽真空的玻璃管內，只要照射一定頻率以上的光，兩極之間便會有電流通過，電流大小跟光的強度成正比，而將光線移除之後，電流也瞬間消失。

到此，我們所熟知的光電效應概念才算完整成型。

這邊聽起來好像沒什麼問題？然而，若不用現在的量子理論，只依靠當時的物理知識，很難完美解釋光電效應。因為根據傳統理論，光的能量多寡應該和光的強度有關，而不是光的頻率。

如果是光線把能量傳給電子，讓電子脫離金屬板，那為什麼需要一定頻率以上的光線才有用呢？比如我們拿同樣強度的紫外線跟紅外線去照射，會發現只有照射紫外線的金屬板才會產生電流。而且，當紫外線的頻率越高，電子的能量就越大。

另一方面，若我們拿很高強度的紅外線去照射金屬板，會發現無論如何都不會產生電流。但如果是紫外線的話，就算強度很低，還是會瞬間就產生電流。

這樣難以理解的光電效應，使得愛因斯坦於 1905 年一舉顛覆了整個物理學界，並建立了量子力學的基礎。

光電效應的解釋

為了解釋光電效應，愛因斯坦假設，電磁波攜帶的能量是以一個個帶有能量的「光量子」的形式輻射出去。並參考先前普朗克的研究成果，認為光量子的能量 E 和該電磁波的頻率 ν 成正比，寫成 E=hν，h 是比例常數，也是我們介紹過的普朗克常數。

在愛因斯坦的詮釋下，電磁波的頻率越高，光子能量就越大，所以只要頻率高到一定程度，就能讓電子獲得足以逃脫金屬板的能量，形成電流；反過來說，如果電磁波的頻率不夠高，電子無法獲得足夠能量，就無法離開金屬板。

這就像是巨石強森一拳 punch 能把我打昏，但如果有個弱雞用巨石強森百分之一的力道打我一百拳，就算加起來總力道一樣，我是不會被打昏，大概也綿綿癢癢的，不覺得受到什麼傷害一樣。

而當電磁波的強度越強，代表光子的數目越多，於是脫離金屬板的電子自然變多，電流就越大。就如同我們挨了巨石強森很多拳，受傷自然比只挨一拳要來得重。

雖然愛因斯坦對光電效應的解釋看似完美，但是光量子的觀點實在太過激進，難以被當時的科學家接受，就連普朗克本人對此都不太高興。

對普朗克來說，基本單位能量 hν，是由虛擬的「振子」發出的；但就愛因斯坦而言，電磁波本身的能量就是一個個光量子，或現在所謂的「光子」。

然而，電磁波屬於波動，直觀來說，波是綿延不絕地擴散到空間中，怎麼會是一個個攜帶最小基本單位能量的能量包呢？

美國物理學家密立根就堅信愛因斯坦的理論是錯的，並花費多年時間進行光電效應的實驗研究。

到了 1914 年，密立根發表了世界首次的普朗克常數實驗值，跟現在公認的標準數值 h=6.626×10^-34 Js（焦耳每秒）相距不遠。

在論文中，密立根更捶心肝（tuî-sim-kuann）表示，實驗結果令人驚訝地與愛因斯坦那九年前早就被人拋棄的量子理論吻合得相當好。

這下子，就算學界不願相信愛因斯坦也不行了。愛因斯坦也因為在光電效應的貢獻，獲得 1921 年的諾貝爾物理獎。

光電效應的應用

在現代，光電效應的用途廣泛。我們日常生活中常見的太陽能發電板，利用的就是光電效應的一種，稱為光生伏打效應，材料內部的電子在吸收了光子的能量後，不是放射到周遭空間，而是在材料內部移動，形成正負兩極，產生電流。

而會不會曬傷也跟光子的能量有關。

曬傷是皮膚受到頻率夠高的太陽光，也就是紫外線裡的 UVB 輻射造成的損傷。這些光子打到皮膚，會讓 DNA 分子裡構成鍵結的電子逃逸，引起皮膚細胞中 DNA 的異常變化，導致細胞損傷和免疫反應，這就是為什麼曬傷後皮膚會出現紅腫、疼痛和發炎的原因。

而頻率較低的光線，因為光子能量偏低，所以就不太會造成傷害，這也是為什麼我們沒聽過被日光燈曬傷這種事。

結語

從 17 世紀後半，惠更斯和牛頓各自提出光的波動說和微粒說開始，人們就聚焦於光到底是波動還是粒子的大哉問；19 世紀初，湯瑪士．楊用雙狹縫干涉實驗顯示了光的波動性，而到 19 世紀中後期，光屬於電磁波的結論終於被馬克士威和赫茲分別從理論和實驗兩方面確立。

經過約莫兩百年的研究發展，世人才明白，光是一種波動。

怎知，沒過幾年，愛因斯坦就跳出來主張光的能量由一個個的光量子攜帶，還通過實驗的檢驗——光又成為粒子了。

物理學家不得不承認，光具有波動和粒子兩種性質，而會呈現哪一種特性則依情況而定，稱為光的波粒二象性。

愛因斯坦於 1905 年提出的光量子概念，顛覆了傳統認為波動和粒子截然二分的觀點，將光能量量子化的詮釋也被實驗印證，在那之後，除了光的能量之外，還有其他物理量被發現是「量子化」的，像是電荷。

我們現在知道，電荷也有個基本單位，就是單一電子攜帶的電荷大小。

儘管之後又發現組成原子核的夸克，具有 -1/3 和 +2/3 單位的基本電荷，但並沒有改變電荷大小是不連續的這件事，並不是要多少的電量都可以。

如果你覺得很奇怪，不妨想想，我們用肉眼看會覺得身體的每一個部位都是連續的，但其實在微觀尺度，身體也是由一個個很小的原子和分子組成，只是我們根本看不出來，才覺得是連續的。

光子的能量和電荷的大小，其實也是像這樣子，細分下去就會發現具有最基本的單位，不是連續的。

事實上，量子力學在誕生之後，一直不斷地為人們帶來驚喜，簡直就是物理學界突然闖進一隻捉摸不定的貓。我們下一個故事，就要來聊量子力學發展過程中，打破世間常識的某個破天荒假說，而假說的提出者，是大學原本主修歷史和法律，擁有歷史學士學位，但後來改念物理，並憑藉博士論文用 5 年時間就拿到諾貝爾物理學獎的德布羅意。

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• 作者／照護線上編輯部
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70 多歲的老太太因為腳底的黑斑到皮膚科就診，原本看起來像瘀青，但是卻越來越大片，相當不尋常。切片檢查結果確認，這不是尋常黑斑，而是皮膚癌，更是惡性度很高的黑色素瘤。

高雄醫學大學附設中和紀念醫院皮膚科鄭詩宗醫師表示，因為已經出現轉移，屬於較晚期的黑色素瘤，除了接受手術治療，還需要全身性治療。

基因檢測發現患者的黑色素瘤具有基因突變，可以使用對應的標靶藥物。鄭詩宗醫師說，接受標靶治療後，病情受到控制，患者也持續接受治療，至今已超過 5 年。

黑色素瘤源自黑色素細胞，是死亡率最高的皮膚癌，鄭詩宗醫師說，「幾年前，台灣有針對轉移性黑色素細胞癌的病人做統計，當時第 4 期的 5 年存活率是 0，惡性度很高！」

全身各處的皮膚都可能產生黑色素瘤，患者皮膚上可能出現黑色病灶、較怪異的痣、或指甲有出現黑線等。根據腫瘤型態，黑色素瘤具有不同類型，包括結節型、肢端痣型、表淺擴散型等。

鄭詩宗醫師指出，亞洲人的黑色素瘤常長在腳底、手掌、指甲下方，早期黑色素瘤有時候看起來像瘀血，但是瘀血通常會在 1、2 週內消散，黑色素瘤卻會逐漸擴大。

如果發現自己或家人的皮膚有異常，務必及早就醫，把握治療時機。

較早期的黑色素瘤可以利用手術治療，鄭詩宗醫師說，若黑色素瘤已轉移至淋巴結或肝臟、肺臟、腦部等遠端器官，便需要接受全身性治療，例如標靶治療、免疫治療、化學治療等。傳統化學治療對黑色素瘤的效果較差，且副作用較強。

相較於化學治療，標靶治療的作用機轉較精準，若使用相對應的標靶藥物，能發揮較好的治療成效，且副作用較少，因此建議進行基因檢測，以擬定個人化的治療計畫。鄭詩宗醫師說，研究發現有多種基因突變與黑色素瘤相關，較常見的有 B-RAF、N-RAS、KIT 等。

在使用一線標靶藥物後，黑色素瘤可能逐漸產生抗藥性，鄭詩宗醫師表示，在二線治療也有標靶藥物可以使用，能精準抑制癌細胞提升治療成效，達到較高的反應率和較長的疾病無惡化存活期。若符合條件，健保已有給付標靶治療的藥物。

標靶治療雖然不一定會讓腫瘤完全消失，但是能夠避免腫瘤持續惡化。鄭詩宗醫師說，「第三期黑色素瘤的患者在接受手術後，建議要接受輔助治療，有助於穩定病情，減少進展至第四期的機率。」

貼心小提醒

黑色素瘤是死亡率很高的皮膚癌，其預後與期別有很大的關係，越早發現，治療效果越好。大家要留意身上的痣、黑斑、胎記，並定期觀察外觀變化。

觀察的時候，請利用 A－B－C－D－E 口訣，「A」形狀是否對稱（Asymmetry），「B」邊緣是否規則（Border），「C」顏色是否均勻（Color），「D」軸徑是否超過 0.6 公分（Diameter），「E」外觀是否持續變化（Evolving）。

若對皮膚病灶有任何疑問或發現皮膚上有難癒合的潰瘍、指甲出現黑線，務必及早就醫，讓醫師進一步評估喔！

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有個澳洲男童的雙臂，長了些大水泡。第一家醫院的醫師，認為是接觸性皮膚炎（contact dermatitis）。可是 8 歲小孩成天摸東摸西，誰曉得他到底碰了什麼玩意兒。母親眼見病況持續惡化，又帶他去第二家醫院求助。正巧在那裏任職的某護理人員，不久前遇過雷同的病例。她鐵口直斷，說這是英文俗稱瑪格麗特灼傷（margarita burn）的植物性感光性皮膚炎（phytophotodermatitis）。^[1]

植物性感光性皮膚炎

男童的住家旁有棵萊姆樹，他先前採了果子榨汁。^[1]在戶外享用瑪格麗特調酒會惹來的毛病，^[2]就這麼找上滿手果汁的男童，^[1]罪魁禍首正是萊姆。為了抵禦外侮，萊姆、檸檬、柳橙、葡萄柚、無花果、芫荽、香芹（又稱「荷蘭芹」或「巴西里」）、西洋芹、胡蘿蔔、歐防風等蔬果，都有含量不一的呋喃香豆素（furocoumarins）。^{[1, 3, 4]}在人工育種的過程中，人類多半期望加強有利農作物存活的特質。然而，當它們自我防衛的能力過於卓越，自作孽的人類就難免受害。^[3]

男孩榨果汁的時候，正值南半球的夏季，艷陽高照。^[1]陽光下，呋喃香豆素會破壞皮膚：一方面被紫外線活化後，與細胞內的核酸結合；另方面直接損傷細胞膜並導致水腫。總之，雙管齊下，殺死了細胞，皮膚於是出現一連串的症狀。^[2]此時，若再加上流汗、高溫和潮溼等因素，則情況會更加嚴峻。因此，酒保、超市雇員、農業工作者，以及熱帶地區的居民與遊客，都是高危險群。^[3]

有別於某些表徵相似的皮膚問題，植物性感光性皮膚炎雖然會痛，但不會非常癢，而且主要侷限於手掌、手臂和嘴唇等接觸到病源的部位。這些特徵多少有助於鑑別診斷。^[3]不過話說回來，偶爾也有特例，比方《美國家庭醫學委員會期刊》（Journal of the American Board of Family Medicine），就曾報導一名26歲的女性，其患部為下腹和大腿上半截。^[2]不曉得是不是泳池派對上，衣物遮蔽範圍較小，而潑濺到萊姆汁的緣故。

植物性感光性皮膚炎的症狀，通常不會立刻出現。該名女子是在用萊姆汁調酒後 7 小時發作；而澳洲男童則有間隔幾天。一般病程由冒出紅色的疹子或斑塊開始；接著變成燙傷般的水泡；最終色素還會過度沉澱。^[2]從發病到康復，前後約 1、2 週至數月不等，有時候延續幾年。^[3]沉澱的黑色素，則會在幾個月後消失。^[2]

預防

遠離病源當然是預防疾病的最佳方法，只是生活中很難完全不碰含有呋喃香豆素的食物和飲料。非得接觸不可時，必要在 30 分鐘至 2 小時內，將皮膚清洗乾淨，以減少吸收。^{[2, 3]}另外，防曬油或許有助於減少色素沉澱，卻不見得能杜絕發炎。^[3]

治療

植物性感光性皮膚炎儘管症狀看起來可怕，其實基本上會自行恢復，而且沒有長遠的後遺症。除非患部超過身體總表面積的 30%，或是有嚴重的發炎、壞死，得要專業的傷口療護，不然無需特別考慮就醫。針對暫時性的不適，輕微的情況可以採用濕潤的傷口敷料；^[2]至於hydrocortisone一類的短效皮質類固醇，或者抗組織胺，則適用於疼痛難耐的中度症狀。^{[2, 3]}另外，如果不想依賴藥物，冰敷也是一種止痛的方法。^[3]最重要的是，病患絕對要避免陽光照射，並且不得接觸光敏感物質，^[2]例如：上述的蔬果和某些特定藥物（下圖）。^[5]

參考資料

1. MacKenzie B, Herbert B. (07 FEB 2023) ‘Byron Shire boy hospitalised with ‘margarita burns’ after juicing limes and going in the sun’. ABC News.
2. Maniam G, Light KM, Wilson J. (2021) ‘Margarita Burn: Recognition and Treatment of Phytophotodermatitis’. Journal of the American Board of Family Medicine, 34(2):398-401.
3. Johnson-Arbor K. ‘Lime Juice + Sun Can Cause Skin Rashes’. Poison Control by U.S. National Capital Poison Center. (Accessed on 08 FEB 2023)
4. Melough MM, Lee SG, Cho E. (2017) ‘Identification and Quantitation of Furocoumarin Contents in Popularly Consumed Foods in the U.S. using UPLC-MS/MS’. Federation of American Societies for Experimental Biology, 31(S1):790.15.
5. 「注意光敏感藥物 不慎恐引發曬傷及皮膚炎」（10 SEP 2018）財團法人藥害救濟基金會