《復仇者聯盟4：終菊之戰？》這是讓蟻人能打敗薩諾斯的終極絕招！

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。

為什麼污垢「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。

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。

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）」：

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。

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。

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。

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。

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

• 本文轉載自超中二物理宅，原文為〈人體的哪個部位、做哪個動作的時候，速度最快呢？〉

人體的哪個部位做起特定動作時會最快呢？

如果你的回答是「眨眼」，那就錯了，雖然文學上的確是以「一眨眼」、「一瞬間」來形容速度很快或是時間很短暫……但答案是手指。（喂，想到奇怪的方面的人，自己去牆角罰站！）

除了「一眨眼」、「一瞬間」之外，類似的詞還有一個：「一彈指間」。

答案就是「彈指」這個動作。

「彈指」僅耗時0.007秒，比眨眼還快20倍！

科學家發現，拇指跟中指互相卡住的「集氣」時間不算，從中指開始動，到中指打到手掌的拇指指根處，算是一次彈指，歷時只有 7 毫秒，也就是 0.007 秒，而眨一次眼睛的時間是 150 毫秒。也就是說，「一瞬間」的時間比「一彈指」長了 20 倍。

人類從很久以前就會做這個動作，古代經常是樂師或是舞者用來打拍子，維持音樂或舞蹈的節奏。例如一個希臘時代的壺，上面就有牧羊神潘恩一邊跳舞一邊彈指的圖畫。在武俠小說的世界中，「彈指」也是很厲害而且極具魅力的招數，像是古龍的「楚留香」，金庸的「黃藥師」。

近年來最有名的彈指，當然就是「復仇者聯盟」中，一彈就可以消滅全宇宙半數生命的「薩諾斯的彈指」。在 2018 年的「無限之戰」上映時，電影院中坐著一個男人：喬治亞理工學院（Georgia Tech）的 Saad Bhamla 教授。

利用4千fps的高速攝影，探究「彈指動力學」！

回到研究室中的教授，跟研究生討論電影劇情時，發生了爭論，因為教授認為「薩諾斯戴上看起來是金屬材質的無限手套後，摩擦力太小無法彈指」。理由是，在「聚氣」的過程中，拇指與中指之間必須有足夠的摩擦與彈性，才能累積足夠的能量，然後在彈指發動的那一刻（我本來要寫「瞬間」，不過瞬間慢了 20 倍，太久了）把彈力位能釋放出來。金屬材質的話，摩擦力不夠，一下子就滑開了。

於是 Bhamla 教授跟學生就決定對「彈指的動力學」展開研究，他們利用每秒可以拍攝 4082 幅的高速攝影機拍下彈指的連續動作，發現此過程中，中指的運動是以指根為軸的轉動，其「角速度」可以達到每秒 7800 度，一個圓周是 360 度，也就是每秒 22 轉——當然中指不會真的轉圈圈，大約轉 54 度，不到 1/6 圈就被手掌擋住了。

由於從靜止加速到每秒 7800 度、再減速到靜止的整個過程只花了 7 毫秒的時間，瞬間「角加速度」高達 160 萬度每秒平方，實在是非常驚人的數字。

他們也戴上不同材質的指套進行實驗，其中一個是金屬製的「頂針」（裁縫師傅用的指套，用來保護手指不被刺傷，上面有許多小凹槽，也可以用來推針），戴上這個東西後，果然就因為摩擦力不足無法打響彈指。但也不是摩擦力越大越好，乳膠指套因為摩擦力太大，蓄積的能量一下子就被熱能耗散掉了，也快不起來。

所以這個研究的結論是：「薩諾斯你演錯了！無限手套不能用金屬製品啦！」

拍電影要小心，不要被物理學家抓包……

這個研究，於 2021 年 11 月 17 日發表在英國皇家學會的《Journal of the Royal Society Interface》期刊。

附帶一提，雖然「人類的彈指」看起來已經很厲害，不過比起「吸血鬼螞蟻」（Dracula ant）的下顎還差得遠，角速度可以達到每秒 2 億 4 千萬度（每秒 67 萬轉），角加速度更高達 15000 兆度每秒平方，這個數字真是難以想像是生物能做到的動作……

參考資料

• GeorgiaTech. `Oh, snap!’ A record-breaking motion at our fingertips. Retrieved from https://www.eurekalert.org/news-releases/934621
• Acharya, R., Challita, E. J., Ilton, M., & Bhamla, M. S. (2021). The ultrafast snap of a finger is mediated by skin friction. Journal of The Royal Society Interface. doi:10.1098/rsif.2021.0672

——本文含雷，還未看《復仇者聯盟3、4》的讀者請斟酌服用 ——

很多文章已經寫過薩諾斯（Thanos） 在在《復仇者聯盟3》 裡50%宇宙滅絕計劃會碰到的問題（延伸閱讀：《復仇者3》魁隆的救世計劃──哲學家早就想好了）。例如，50%其實並沒有聽起來那麼多，只需要幾代人的時間就能夠恢復。也未考慮到每個既得利益的權力高位都有50%機會變成真空狀態，搶奪權力和資源的行為根本不會因為有半數人被殺而停止，搞不好還會更會加劇。

而在《復仇者聯盟4：終局之戰（ Avengers：Endgame）》 裡，來自過去的薩諾斯看到未來自己的成功，卻了解到宇宙並沒有因而變得更好。他意識到，無論如何，都總會有倖存的人未能接受事實，用盡方法回復原狀。

• 編按：被留下來的人也是好不容易啊，不信請看——留下來的人該怎麼辦？解析《復仇者聯盟4》中超級英雄們倖存後的因應方式

薩諾斯因此改變計劃，決定用無限寶石把全世界宇宙生命連同宇宙本身一起消滅，然後再創造一個新的宇宙，在新宇宙裡創造新生命。他認為這樣做就不會有人反對，大家都會快快樂樂起在新宇宙享受他創造的一切。

喂喂喂，薩諾斯你是嫌夜神月當得不夠好，想試試做真正新世界的神嗎？以下是我們推薦你可以更理性拯救世界的方法。

在自動存檔多重宇宙中，為何要執著自己刪除再另存新檔？

宇宙來自一場大爆炸，從虛無之中誕生。根據多重宇宙論，這過程已經發生無限次；在你讀這行字的時候又再發生了無限次，以後也會發出無限次。前面一句話所說的「已經」、「這時」、「以後」也不太正確，因為時間會連同宇宙本身一起誕生。就好像無限寶石也是宇宙誕生時一起誕生的，在宇宙誕生之前並不存在時間。或者應該說「並不存在『宇宙誕生之前』」。

這樣的話，問題就來了。薩諾斯這樣做，與在另外多重宇宙裡開一個新的宇宙出來，有什麼分別？既然他並不打算「救贖」每個宇宙，那麼他倒不如帶著手套離開原來的宇宙，另外創造一個新的？這就好像玩電動遊戲時另外再多一個新的存檔，根本無需理會舊的存檔的生死啊？

薩諾斯難道是偏執狂，非要刪掉舊的存檔嗎？這樣的話又為什麼不去刪除其餘無限個宇宙呢？或者乾脆把多重宇宙都抹殺掉吧？但這也是不可能的，即使來自個別宇宙的無限寶石有能力抹掉其他宇宙，也不能在虛無中阻止新的宇宙從量子漣漪中誕生。新的宇宙原本就不存在，要怎麼去消滅不存在的東西？

而且，每彈指一次，使用者都會承受極大的傷害，所以比較理性的做法是不用彈指，直接簡單地用空間寶石到其他宇宙裡去，逐個看看生命有否為爭奪資源而互相殘殺。無限個宇宙之間，必定會有一個合薩諾斯心意，因為他希望創造的新宇宙，必然屬於無限個宇宙的其中無限個。

所以，比較能保持身體健康，又不會惹到復仇者聯盟為自己製造麻煩的方法，就是利用六顆無限寶石轉移到其他宇宙，不再理會舊的。也不用傷害身體自己創造，因為他想創造的宇宙本身已經存在於多重宇宙之中！

帶走原本的寶石還能夠減低爭奪的機會，相信復仇者聯盟大多數都會樂意拱手相讓 除了奇異博士之外 。而且在宇宙之間穿梭的旅程上，也能順道收集其他宇宙的無限寶石！還可以把多餘的寶石賣給其他宇宙的薩諾斯，賺取一些旅費。

就算要毀滅世界也不要浪費既有資源啊！

另一方面，也談談資源的問題。且不談為何不利用無限寶石把宇宙中的資源加倍事情就解決了，事實上宇宙原有的資源薩諾斯你也都沒好好利用好嗎！還說什麼資源不足！

首先，最低限度也要把太陽的能量100%完全利用才算環保吧。薩諾斯你都去過矮人國度了，人家工匠都懂得造個罩罩住一顆中子星，有效地提取能量，作為 MCU 裡面智勇雙全的新世界的神，不會不懂吧？這種天文學家稱為「戴森球（Dylan sphere）」的恆星罩，可是地球人都能理解的程度，是一個行星文明進化成為恆星際文明的101程度課程啊。

只要能完全利用一顆恆星放出的能量，就能保障一顆行星上的文明好幾十億年供應的能源了。即使每顆星上都有生命，恆星提供的能量依舊足夠行星上每個人都過著富裕的生活。即使恆星會死亡，那也是幾十億年後的事，到時候只要用寶石把整個行星搬去其他的恆星就可以了。

行星死亡後會變成白矮星、中子星或黑洞，而且仍能持續提供能量。白矮星和中子星的情況與普通行星的戴森球沒有太大分別，只是白矮星和中子星比較細小（分別約為地球和香港大小）和比較熱（亦即提供更多能量）。

黑洞的情況比較有趣。連光也逃不掉的黑洞，竟然也能夠用來提取能量！黑洞的事件視界就是那條不歸路的分隔面，穿過了事件視界的一切都不可能再走出來。神奇的是，在事件視界外面一段距離，光能夠在穩定的「軌道」上環繞黑洞公轉，這軌道叫做光子圈（photon sphere）。如果黑洞會自轉的話（極可能會），在這光子圈與事件視界之前會有一片時空，被黑洞自轉拉扯著，形成叫做動圈（ergosphere）的時空區域。

在動圈裡面，你需要跑得把光更快才能「原地靜止」。所以，如果把一束光沿着動圈自轉的方向發射，其中部份會落入黑洞事件是界之中，另一部份就會被動圈加強強度。只要造一個完全由鏡子造成的戴森球罩住黑洞，再打開少許然後往裡面照射一束光線，光就會自動不斷加強。最後要做的是聰明地定時打開缺口，讓光線跑出來，然後就能利用光線裡變多、變強的能量。不小心的話就會爆炸，不過有無限寶石，隨時能夠復原吧。

總而言之，宇宙裡的資源多得離譜，只視乎薩諾斯懂不懂去利用它。等到最後，連白矮星、中子星、黑洞都蒸發消失，宇宙就會進入所謂的「熱寂（heat death）」，不會再有在任何物理過程發生。到時候才用手套變出更多資源吧！