發生核戰真的等於人類終結嗎？讓核子冬天理論來告訴你為什麼——《Warnings！》

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

還記得 6 月在 Netflix 引起眾多人討論的熱播影集《鹿角男孩》嗎？

＊以下內容涉及部分劇透，期待100%觀影體驗者請斟酌閱讀

這部作品帶給觀眾一種「疫情下的既視感」^{[ 註1 ]}，為什麼這樣說？在影集中，一種名為 H5G9 的病毒在地球肆虐長達數十年，導致多數人口死去、世界近乎毀滅，末日之下存活的人類各個都害怕染疫，只要有咳嗽、小指顫抖等症狀，就會被視為確診者並一律綑綁起來用火燒死，可見人與人之間有多麼不信任，更像極了疫情高峰期的「獵巫行動」。

與人類同時存在的還有「半人」 ^{[ 註2 ]} ，他們身上同時存在人類與動物的樣貌，比如「鹿角男孩」格斯就具備人和鹿的特徵與習性，他長著鹿角及絨毛耳朵，還擁有敏銳的嗅覺及聽力，可以如鹿那般快速跑動，但他也因有父親的教導而過著正常生活，透過文字說話、交流，看起來與我們並無異同。另外還有「豬女孩」溫蒂，同樣是受到一位心理醫生的養育，雖有著豬鼻孔、豬耳朵、甚至會發出豬叫聲，但她也像格斯一樣活得像個普通人類，而影集中當然也不乏許多如真的動物般長滿毛髮、不會講話的半人，絲毫沒有辦法自理生活。

有人說半人是地球的未來、是大自然的防禦機制，有人卻也搶著殺掉他們、提取基因來研發疫苗^[註3]，沒人知道是疫情導致新物種還是新物種帶來疫情，總之半人與人類被認為無法同時存在。到底半人從哪裡來？不需經過混種交配，兩個普通人類就能生出半人半獸，這其中的原因在第一季還尚未得知，唯一的線索只告訴了我們：格斯是世界上第一個半人，而他是因為一場科學意外而生。

當初科學家們在北極的冰芯中找到一種微生物，經過一連串的實驗及研究，原先是想用來造福人類、製造解決多種疾病的疫苗，但過程中卻先發現了致命病毒，並在軍方介入後導致疫苗外洩、疫情爆發。從此之後，人們生出來的孩子多為半人，但了無生機的世界卻也開始漸漸恢復，格斯正是實驗室起初研究的試管嬰兒之一，影集的最後，創造出半人的母親兼科學家角色出現在寒冷的極地，相信日後第 2 季推出將會有更明確的答案。

影集《鹿角男孩》中的末日，與在北極發現的未知微生物有關。極地，真的有很多我們未知的微生物嗎？那是當然！對於人類來說不適宜居住的環境，並不代表其他物種活不下去。但令人頭疼的是，極地，也有可能存在著我們已知的致命病毒。因為全球暖化的關係，氣溫上升導致永凍層融化的速度加劇，也讓一些本來存在其中的微生物被釋放出來，造成的後果是難以預料的。

在 2016 年的夏天，位在北極圈內俄羅斯的 Salekhard 有數千頭馴鹿以及數十人感染了炭疽熱，這個情況極為異常，因為炭疽熱在該地上一次出現，是在1941 年。追查之後認為，是因為當年的異常高溫，導致一頭七十多年前感染炭疽熱而過世的馴鹿被解凍，將仍具傳染力的炭疽病毒透過水、土壤傳染給其他的馴鹿與人。

雖然不是所有的微生物都能在冷凍又被解凍後存活，但不可否認，那些曾在十八、十九世紀對人類生命造成威脅的疾病（例如西班牙流感、天花等），以及可能致命的未知微生物，的確有一定的風險會因為永凍土的融化而復甦。那麼擔心這些算是杞人憂天嗎？有些人認為，比起這種飄渺的風險，更應該關注氣候變遷造成的更實質的威脅。但也有科學家覺得這類的風險不可輕忽，尤其當我們對於極地微生物研究甚少的時候，很有可能錯估它所帶來的傷害，而疏於準備。

回到《鹿角男孩》，如果你在「大崩潰」後倖存了下來，面對「半人」這未知的風險，你又會抱著怎樣的態度呢？

註解

1. 符合目前疫情下的既視感
   • 劇中「H5G9」病毒肆虐了十年，多數人口死去、世界幾乎毀滅，剩下的人害怕染疫，人與人之間充滿不信任，只要看到小指顫抖的病徵無論如何一律燒死，世界只剩下致命的病毒、絕望孤獨，以反烏托邦世界末日為背景，反應人性黑暗險惡，甚至帶有不少「宗教」隱喻。
   • 有人說半人是地球的未來、大自然的自我防禦機制，象徵「自然神」信仰（基督宗教在中世紀視他們為異端，也是當時被殘害的對象）；「最後人類」影射現今的邪教組織，他們獵捕半人的行為也反應疫情下的影「獵巫」。
   • 科學家在北極的冰芯發現微生物，原先拿來實驗及研究的目標是為了造福人類、製造解決疾病的疫苗，但過程中卻先出現致命病毒，加上尚未成熟時又有軍方在研究的過程中首當其衝的是先發現了致命的病毒，而在研究成果尚未成熟之際，軍方又強行介入導致疫苗外洩。
   • 有充滿紫花的有毒山谷，但紫花也會長在有病毒的地方
2. 半人：一半是人一半是動物
   • 鹿角男孩『格斯』是我們認知的半獸人，第一個半人就是他，真實是由意外的研究釀成，讓他們同時具備人和鹿的特徵與習性，後來出生的小孩並不是真的經由混種交配出生，而是兩個人類在一開始就會生出半人半獸，半人到底是病毒的起因又或者病毒的產物，誰也不知道。
   • 要解決染疫症狀就必須使用實驗解藥，但疫苗研發卻須使用半人的基因，沒有活體混種就無效（有模糊提到病毒和半人都是一起的）
   • 以鹿角男孩格斯為例，他擁有比常人更快的速度、嗅覺、聽力……小演員還特地接受「跑酷」訓練
   • 劇中的半人造型不是特效，有毛、動物四肢……完全靠化妝與遙控；嬰兒全是木偶，演員的頭髮和假肢是經由特殊化妝及相關團隊製作，有個水獺人物更是需要操控的電子人偶，如格斯的鹿耳，都是木偶師跟在一旁使用遙控器操作，動起來時機才會即時恰當。
   • 有些半人會講話、知道如何生活，除了外觀跟人類沒有太大不同，有些卻如原始動物般無自理能力（人類教育過 VS 沒人管）
   • 沒有人知道是疫情導致新物種，還是新物種帶來疫情，劇裡的人類覺得兩者不相容。
   • 「半人」在早期神話都會存在！例如女媧跟伏羲為半人半蛇、「太陽神」是鷹頭人身、「死神」為狼頭人身等等。
3. 反對現況的青少年組成「動物軍團」保護半人
   • 後來「動物軍團」因意見不合造成內部紛爭，非成人世界的分裂比成人社會更直接、更暴力（大家追隨的組織領導小熊—老虎）
   • 一人代表一種動物，劇中穿著都有特殊設計過，融合某種傳統文化風格與動物特色（網路無相關資料）
   • 「動物軍團」總部的場景是在紐西蘭一個真實樂團「彩虹盡頭」裡拍攝

參考資料

• http://www.bbc.com/earth/story/20170504-there-are-diseases-hidden-in-ice-and-they-are-waking-up
• https://www.theguardian.com/world/2016/aug/01/anthrax-outbreak-climate-change-arctic-circle-russia
• https://www.bbc.com/ukchina/trad/vert-fut-48856517
• https://polar-trip.com/极地宝藏——神奇的微生物

• 本文接續上一篇：〈發生核戰真的等於人類終結嗎？讓核子冬天理論來告訴你為什麼——《Warnings！》〉

我們很難精確計算核子冬天理論產生的政治效應，但當時的美國和蘇聯領導人後來承認，它確實協助促使他們採取行動。

雷根是當時的美國總統，他被普遍認為很想與蘇聯開戰。但在讀過有關核子冬天的理論後，雷根與蘇聯領導人戈巴契夫（Mikhail Gorbachev）在冰島會談，並提議撤除核子武器。對核子冬天日益擔心的戈巴契夫原則上同意，但建議兩國先限制部署新武器，然後逐步減少庫存。

在後續幾年，對核子冬天理論的興趣逐漸減弱。冷戰和平落幕。蘇聯及其軍事同盟華沙公約解散。數千枚核子武器在美國和前蘇聯被解體和銷毀。數千枚核子武器從西歐和中歐撤除。一些科學家回顧核子冬天理論表示，它的政治效應被過度渲染。世界繼續運轉，科學家開始專注於臭氧耗竭和溫室氣體現象，即後來世人所知的全球暖化和氣候變遷。

核子冬天的威脅不曾離開

羅伯克繼續關注核子冬天。二〇〇七年他重新計算核子戰爭的效應，利用大量比一九八〇年代所能取得的更精密的全球氣候、大氣和海洋的資料與模擬。他確認核子冬天理論。

核子戰爭的影響絲毫未被誇大，事實上它比初始的預測還嚴重。

核子冬天只需要較少的煙塵被噴發到高層大氣，而且其效應持續的時間將比原本的估計久。因此羅伯克認為，即使美國和俄羅斯擁有的核子彈頭比數十年前少，它們仍遠超過製造全球核子冬天所需的數量。

二〇〇九年，他與歐文．湯研究在不牽涉美國或俄羅斯的情況下，是否可能發生一些類似效應。他們在《科學人》（Scientific American）雜誌發表〈地區性核戰，全球遭殃〉的文章，檢視印度和巴基斯坦發生核子戰爭的假想情況。

他們的模型假設兩國只各使用五十枚核子武器（大小與廣島原子彈相同，以今日標準來看很小）在反價值目標（亦即城市）。他們的模型顯示，燃燒的城市將創造五百萬噸的煙塵，並很快進入高層大氣。

他們發現，這種「區域性戰爭」的氣候和生態效應，將因為散布到中氣層的煙塵以及平流層中臭氧進一步耗竭而遍及全球。氣溫將急遽下降。在各大陸中間的地方如堪薩斯，夏季氣溫將降至零度以下。這些情況大致上將類似十六至十九世紀的「小冰期」，比過去兩千多年任何時期都冷。他們使用新農業模式，預測許多作物將歉收，包括 40％ 的中國冬麥、35％ 的中國春麥，和 20％ 的美國玉米。

饑饉將遍及各地，一切的原因都是使用了不到 0.1％ 的世界核子武器。

不令人訝異的是，羅伯克和歐文．湯的研究成果只引起很小的迴響。羅伯克修改和再度檢驗計算，並發表在同儕審查的期刊《科學》與《自然》。為了通達更廣大的聽眾，他在《赫芬頓郵報》寫文章和學習使用推特。他在一場會議的場邊引起總統科學顧問霍爾德倫（Johne Holdren）的注意。他在《紐約時報》上寫了一篇評論專欄文章。卡斯楚（Fidel Castro）的辦公室打電話給他，要求聽取簡報，因此羅伯克前往哈瓦那，但他未被要求向美國總統做簡報。他未被要求到新德里或伊斯蘭馬巴德說明他的研究。

羅伯克是一位著名的氣象學家和氣候科學家，他不是政治科學家、外交政策專家、武器控制分析師或國家安全顧問。在思考如何降低他已證實的危險時，他著眼於大局。「我們應消除所有核子武器，全部。它們全部都得除掉。」他說。

這個結論和雷根數十年前的結論相同。羅伯克不嘗試得出一些區域性的解決方案以降低印度和巴基斯坦爆發核戰的風險。「全部，所有的核子武器。它們都必須去除。」一些國家安全、外交政策和武器控制專家同意這種看法。包括前國務卿舒茲（George Shultz）和季辛吉（Henry Kissinger）等人都已呼籲禁絕所有核子武器。他們的呼籲大體上也都被忽視。

被忽視的卡珊德拉，不能放棄的發聲

年紀約六十五歲上下的羅伯克曾想過退休，但他覺得必須繼續努力。他必須把核子冬天的威脅尚未過去的訊息傳出去。與羅伯克坐在一起時，克拉克可以明顯地感受到他的挫折。「我會很樂於看到有人證明我的計算有錯誤。」他啜飲著咖啡說：「我是說，我們在同儕審查期刊上發表了，其他人也用自己的模型複製了結果。」¹

他承認有些變數可能讓影響變得不嚴重一些，如果較少城市被攻擊，如果核戰時有大暴風雨，如果他們對現代次大陸城市發生火風暴的規模和強度估計錯誤。「我們需要撥款來研究海洋和大氣模型。」他說，仔細研究過的大規模火山爆發，特別是一八一五年的坦博拉火山、一八八三年的喀拉喀托火山，和一九九一年的皮納土波火山，都已顯示一次地方性的煙塵噴發到大氣層就能產生全球性氣候效應。

回顧眾人對他的研究興趣缺缺，羅伯克告訴我們：

「沒有人想聽。這個問題太大了。他們只想轉頭不顧，把問題留給別人處理。實在讓我感到沮喪。」

薩根類似卡珊德拉的絕望語氣在屋子裡迴盪，但我們必須問他為什麼不放棄，把問題留給別人。為什麼他覺得去除這個危險是他的使命？

「我的研究撥款來自大眾的錢。如果我發現社會面臨危險，我身為科學家的職責就是警告大眾這種危險。」

雖然羅伯克從未進橢圓形辦公室做簡報，他可能會驚訝地發現二〇一六年坐在辦公室裡的那個人同意他的看法。歐巴馬曾在一場世界領導人討論核子威脅的高峰會上說：

我在布拉格說，達成一個無核武世界的安全與和平不會很快發生，也許我有生之年看不到，但我們已經開始這麼做。美國作為唯一使用過核子武器的國家，有道德義務持續帶頭走在消除它們的道路。儘管如此，一個國家無法單獨實現這個願景，這必須是全世界的工作。我們很清楚未來有艱巨的阻礙，但我認為我們絕不能相信核武擴散無法避免的宿命。即使我們面對許多今日世界現實的挑戰，我們必須繼續努力追求世界應該更好的願景。

羅伯克無疑的會呼籲美國總統「先以身作則，減少所有美國的核子武器到也許只有兩百枚，以啟動這個願景」。克拉克問，這樣能否說服印度和巴基斯坦除去它們所有的核武？「我希望如此。」羅伯克回答。

羅伯克和他對區域性核戰可能觸發全球核子冬天的警告，有很高的卡珊德拉係數²。這是一個複雜的問題，需要對政治軍事事務、南亞政治、核子武器、農藝學和氣候科學有深廣的了解。要設法消除這個危險，意謂改變印度和巴基斯坦七十年來的敵對關係，更難做到的是，說服世界擁有核子武器的九個國家放棄他們視為安全最後保障的東西。

目前還沒有明顯的可能反應者出現。印度和巴基斯坦的領導人是聽眾嗎？就像一九八〇年代的聽眾是雷根和戈巴契夫？或者聽眾是廣泛的世界社群，儘管今日的世界社群似乎比一九六〇、七〇和八〇年代更不熱中於「禁止炸彈」？雖然科學家大多數是反戰和反核武的支持者，他們似乎仍為資料爭論不休，想看到更多證據。

羅伯克顯然是一位已經證明有能力的氣候科學家和眾所皆知的專家，他是資料導向的研究者，但仍然希望自己有更精確的資料。他尋求同儕的評論、回饋和批評，希望他們能找到推翻他論點的錯誤。不過，在他們找到前，他有強烈的責任心，願意承擔這種以眾人福祉為念的責任。他做的是自己最擅長的事，他寫期刊文章以散播他的訊息，但他似乎仍陷於持續不斷的天人交戰，想知道自己還能做哪些事來警告有關核子冬天的威脅。

註解：

1. 2016年5月10日訪問阿倫．羅伯克。
2. 〈卡珊德拉係數〉被用以評估已被預測，但尚未獲得足夠關注的未來災難的技術。關於卡珊德拉事件請參考〈先知還是吹牛？預言家所做的災難預言，你相信嗎？——《Warnings！》〉或閱讀本書。

——本文摘自《Warnings！：AI、基因編輯、瘟疫、駭客、暖化……全球災難警告，用科學方法洞悉真相》，2019 年 5 月，聯經出版