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人類為何會有月經?|真.月經文01

雷雅淇 / y編_96
・2020/12/18 ・3329字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

「為了虛無飄渺的未來,典當了現在。」這種無力感每個月會出現兩次:一次是繳房租的時候,另一次是月經造訪。面對這些事,難免會有些怨嘆,畢竟不是所有人都要繳房租和經歷生理期的。

每次月經來的時候,我都想挖掉子宮。source:engagestock

尤其是這位「好朋友」,會強迫你早上洗內褲睡衣床單、毀了你計劃好久的出遊、打亂你整日的工作節奏,又腹痛又讓你提心吊膽的折磨身心,每個月還要為它編列預算買生理用品,更別說一些傳統習俗覺得此事晦氣。這算哪門子的朋友?也真是莫名其妙的世界。

更想對天發問:為何要有月經?這耗能、讓人不舒服、大多數動物都沒有的生理現象,到底有什麼意義?

人類為什麼會有「月經」?古早時代有人覺得很晦氣

是的,不說不知道說了嚇一跳,其實大多數的哺乳動物都是沒有月經的。只有包含人類的靈長類動物、少數的蝙蝠和象鼩是有月經週期的。

象鼩超級可愛!source:Smithsonian’s National Zoo

人類月經週期的行經期,每次大約3~7天左右,都會讓女性流失30~90毫升的經血。這不僅耗能,生理期間的不舒服和留下血液,其實也都不利生存,那到底為何會有月經的存在?如果月經在演化上是有意義的話,那為什麼其他動物不也一起選配呢?

這個問題許多研究者也很感興趣,並在不同年代提出了不同的假設。不過早期的研究視角,有些富含濃厚的月經禁忌色彩。

在1920年時,貝拉‧希克 (Bela Schick)  醫師提出了有名的「經期毒物(menotoxin) 理論」,認為經期是女性排出有毒物質的過程。在 1919 年時希克做了個現在看來相當荒謬的實驗:他讓經期和非經期的女性去處理鮮花和製作麵團,然後「發現」正在經歷生理期的女性使花朵枯萎了、月經毒物還抑制了酵母生長使麵糰無法發酵,這系列實驗成了「經期毒物」研究的濫觴。

月經毒素的系列實驗,當時的實驗設計為將花朵放進一般血清和相同濃度的月經水中花朵的生長情形。source: Wikimedia, David I. Macht, Dorothy Lubin: A phyto-pharmacological study of menstrual toxin.

後續相關的研究還有:將經血注入到大鼠身體中,發現會造成大鼠死亡;用經期女性的靜脈血去種植植物,來確認「經期毒物」對植物造成的影響等等。更糟糕的是,後來還擴及到所有初經來潮後絕經前的女性。在當時,有研究和案例報告認為,經期毒物不只存在於經血,也存在於女性的靜脈血、汗液和母乳當中,因此哺乳期間發生的哮喘、絞痛等現象,有可能是母乳中的經期毒物引起的。

直到1974 年在 《刺胳針》(The  Lancet) 等知名期刊上,還可以看到關於經期毒物討論一些植物枯萎現象到底是不是月經所造成的。經期毒物的相關研究至少持續了60多年,1970年代還有許多科學家如火如荼的在尋找這會影響植物和女性情緒的物質到底是什麼。

私心覺得,這一系列的實驗如果是近代才做的話,應該很有機會得搞笑諾貝爾獎啊!(啊哈哈哈哈哈)

雖然謝天謝地關於月經毒素的研究沒有延續到當代,但認為月經是「不潔的」、是必須被排出的視角隱約仍影響著後世的研究者們。1993年 Margie Profet 認為月經的功能是防禦精子攜帶的病源體感染子宮,即月經是一種定期排出精子帶來的病原體的機制,「不潔的」一方便成了男性,這在當時被認為是「激進」的觀點。不過這個假設缺乏證據支持,月經前子宮內的致病微生物並沒有多於經期後,甚至有一些研究發現,月經期間由於經血富含細菌喜歡的營養,反而感染風險增加。1994年 Clarke 提出,月經是排出不必要胚胎的一種機制。

但你有沒有想過,會不會月經的出現只是偶然而非必然呢?

月經,可能是子宮和胚胎競爭關係下的副產物?

在2000年到來前,有其他科學家們提出了不一樣的假設,認為月經是演化的副產物,而非適應後的結果;也就是月經的出現並非目的本身,而是在走向其他目標的途中不小心造成的現象罷了。

1996年 Strassmann 的觀點認為,比起讓子宮一直都保持著內壁厚實能夠讓胚胎著床的狀態,不如週期性的拆卸再組裝比較省能源,因此有了週期性的月經週期。

月經週期時激素與子宮內膜的變化。source: wikimedia

1998年,Finn 則透過爬梳雌性脊椎動物生殖道的演化,提出了是因為胚胎和母體子宮共同演化導致了競爭,因此子宮以內壁增厚的方式來保護自己不受胚胎的侵入,因此才有了月經的產生。

2011年 Emera 等人的研究也認為月經是子宮保護自己、防止不良胚胎著床時所產生的副產物。其理論奠基於子宮內膜的變化完全是由女性體內的激素控制,而胚胎只能在子宮壁夠厚、且發育良好時才能在子宮著床。這有什麼意義呢?

讓我們先想想:胚胎要生長成胎兒期間需要攝取許多營養,這些營養是哪裡來的?大部分都是從媽媽身上搶過來的。因此,增厚的子宮內膜可說是保護母體的城牆,防止胚胎太過深入到子宮壁內,搶光了母體的資源。

那又為何要脫落、形成月經呢?自發性的蛻膜化 (spontaneous decidualization) 讓增厚的子宮內膜汰換更新,另一方面也藉此淘汰掉了有缺陷的受精卵,只讓有潛力發育的胚胎著床,避免女性浪費能量,投資在無法好好生長的胚胎上。

不同於其他大部分的哺乳類動物,子宮變化是由胚胎發出的訊息所觸發的,有月經週期意味著「懷孕」這件事雌性也有掌控權而非完全被胚胎控制,而「月經」則是母嬰拉鋸戰中所產生的副產物。

話說在找圖片的時候,真的都找不太到可用的「真. 月經」圖。source:LightFieldStudios

雖然仍無法拍板說月經之謎從此撥雲見日,但這個理論更好的解釋了生理期的意義。某種程度上,這或許也解放了女性「必須要有月經」這件事。

至於能不能不要有月經呢?就讓我們在下一篇《真.月經文》中來好好聊聊吧!


關於月經,還可以討論一千零一夜

關於月經,說上一千零一夜都還不夠啊!若你對這個主題意猶未竟,歡迎多給這篇文章光點,催更作者趕快寫下一篇,光點破百下週就更文章!

還有還有,若有你還有特別好奇的主題,歡迎留言,或是留下以下題目的編號,只要有題目超過五個人敲碗就來寫!

  1. 可不可以不要有月經?
  2. 生理期可以吃冰嗎?
  3. 經痛有多痛?為什麼會經痛?
  4. 月經會跟周遭的人逐漸同步嗎?
  5. 生理期會水腫嗎?為什麼?
  6. 安全期怎麼算?可靠嗎?
  7. 一輩子要花多少錢在生理用品上?
  8. 月經沒有來,除了懷孕還有什麼可能?
  9. 生理期期間真的比較暴躁嗎?
  10. 生理期減肥法有用嗎?

那我們就下一篇文章出現時再見囉:)


參考資料:

  1. Helen King, Menotoxin – when menstruation can kill?. Wonders and Marvels. (2013).
  2. Helen Evans Reid, THE BRASS-RING SIGN”. The Lancet, 303(7864), 988. (1974).
  3. M. F. Ashley-Montagu, Physiology and the Origins of the Menstrual Prohibitions”. The Quarterly Review of Biology, 15(2), 211-220. (1940).
  4. Margie Profet, Menstruation as a Defense Against Pathogens Transported by Sperm”. The Quarterly Review of Biology, 68(3), 335-386. (1993).
  5. Natalie Angier, Radical New View of Role of Menstruation”. The New York Times. (1993).
  6. B I Strassmann, The evolution of endometrial cycles and menstruation”. The Quarterly Review of Biology, 71(2), 181-220. (1996).
  7. C A Finn, Menstruation: a nonadaptive consequence of uterine evolution”. The Quarterly Review of Biology, 73(2), 163-73. (1998).
  8. Dyani Lewis, Explainer: why do women menstruate?”. The Conversation. (2013).
  9. Marilyn B. Renfree, Why menstruate?”. BioEssays, 34(1), 1-1. (2012).
  10. Dizzy In Science. 大姨媽究竟有什麼終極演化意義,才值得讓女性受盡了折磨?. 知乎. (2018).
  11. Shreya Dasgupta, Why do women have periods when most animals don’t?”. BBC. (2015).
  12. Kate Clancy,“Menstruation is just blood and tissue you ended up not using”. Scientific American.

月經很髒還有毒?經期知識大蒐集!

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雷雅淇 / y編_96
37 篇文章 ・ 919 位粉絲
之前是總編輯,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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柔軟的導電革命:前所未見的無序高分子導體
linjunJR_96
・2022/12/30 ・1995字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

只有金屬會導電?

怎麼樣的材料能導電?這個問題的答案或許將永遠改寫。

怎麼樣的材料能導電?金屬?這個問題的答案或許將永遠改寫。圖/pexels

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料,擁有塑膠般柔軟的非晶體結構,同時又有金屬般的導電性質。

講到導體,首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格,自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始,科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷,並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。

利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。圖/pexels

相隔許久後,二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後,也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知:

原來除了金屬材料之外,塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來,導電聚合物的製程簡單便宜,也有較好的可塑性,被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品,像是有機發光二極體(OLED)螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號,但是導電聚合物和金屬導體一樣,都有緊密整齊的晶格結構,讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上,現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格,才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

從左到右分別是有序的晶體、無序的非晶體、和氣體。圖/ Encyclopædia Britannica

再一次超越想像,無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie(現為普林斯頓大學博士後研究員)近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元,但因為合成技術困難,並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上,合成出全新的 NiTTFtt,開始了一系列的實驗。

在實驗室中,NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是,X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的,沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上,NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣,只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上,就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外,它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼,想盡各種方式考驗它,但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定,顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢?研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型,企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元,他們首先組成長長的一維長條。圖/參考資料

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條(左),平行堆疊成千層派一樣的結構(中),並橫向排列形成立體的材料(右)。注意到每個長條排列的方向雖然一樣,但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬,研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲,電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊,讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說,NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性,或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知,讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在,任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構,就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣,為人類社會帶來革命性的科技突破。

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油炸的聲音學:水滴在油鍋中的三種爆炸方式
linjunJR_96
・2022/12/28 ・2397字 ・閱讀時間約 4 分鐘

廚房小秘訣:用竹筷試油溫,原理是什麼?

傳統的烹飪智慧告訴我們,要判別油鍋的溫度不需要溫度計,只要插入油鍋的竹筷周圍開始浮現細小的氣泡,便表示油鍋溫度已達,可以開始放入食材。另外,煎牛排或是炒菜時,如果在食材下鍋的當下沒有聽到美味的滋滋聲,通常便表示溫度太低,無法做出漂亮的料理。

在廚房中,我們時常可以靠耳朵來測量溫度。這些氣泡和相應的 嗶啵聲來自於筷子(或食材)中的水分碰到滾燙的油鍋時,瞬間蒸發產生的微小爆炸。

傳統的烹飪智慧告訴我們,要判別油鍋的溫度不需要溫度計。圖/pexels

猶他州立大學機械航太工程系的木山景仁(Akihito Kiyama)對這個現象很有興趣,拿起高速攝影機和麥克風紀錄了竹筷插入熱油中的事件,希望能仔細觀察熱油中的劇烈反應。出乎意料的是,他發現油鍋中的水滴在爆破時有三種主要的型態,各個所產生的氣泡形狀及爆破聲音都非常特別。

做為一個初步實驗,他首先直接將浸過水的竹筷插入高溫油鍋內。下圖可以看到氣泡的數量和大小都明顯和溫度成正相關,看來流傳許久的廚房秘訣沒有讓我們失望。

可以看到氣泡的數量和大小都明顯和溫度成正相關。圖/作者提供

此外,他也觀察到氣泡數量和筷子中的含水量有明顯的關聯,沒有事先浸水的竹筷產生的氣泡少很多。另一方面,若是改用乾燥的金屬筷則不會觀察到任何氣泡,因為當中幾乎沒有任何水分。

顯然的,水分多寡是重點。但由於每雙竹筷的組成與含水量較難控制,研究團隊改用一條兩端懸掛的U形鐵絲,浸水後連著底部沾黏的水珠一同緩緩放入熱油中,等同於是在油炸一顆水珠,將實驗聚焦在水滴帶來的氣泡爆破。

氣泡的三種型態

利用每秒一萬張的高速攝影以及近距離收音的麥克風,研究團隊企圖進一步觀察爆破過程的細節以及產生的聲音特性。

根據爆炸時的不同深度,他觀察到三種氣泡型態:

第一種是爆破型氣泡。當水滴幾乎一接觸到油面就蒸發膨脹,引發一個凸出油面的圓形氣泡。最後在破裂時噴濺出大量的油滴。

爆破型氣泡。影/作者提供

第二種的拉長型氣泡在較深的位置才開始膨脹,因此沒有造成液面破裂,反而是朝上射出高高的柱狀熱油,同時氣泡則向下延伸形成一個長形的空氣室。

拉長型氣泡。影/作者提供

爆破型和拉長型氣泡的聲音雖然聽起來不太一樣,但是頻率特徵基本上大同小異,都是 1400 的赫茲清脆爆破聲響。值得一提的是,在這兩種情況下爆破聲響都不是來自油面上可見的泡泡破裂。從高速影像和錄音結果的比對可以發現,聲音的最大值明顯出現在泡泡破掉前的膨脹階段。此時的高溫蒸氣快速膨脹,劇烈壓力改變帶來空氣震波,基本上和空氣中炸彈發聲的原理一模一樣。因此說這些氣泡正在「爆炸」可是一點都不誇張。

除了上面兩種氣泡之外,當水珠意外從鐵絲上滑落掉入熱油中,研究人員發現了第三種與眾不同的表現:震盪型氣泡。由於掉落速度較快,水珠一直到較深的位置才開始汽化膨脹,並在液體表面下進行每秒數百次的膨脹收縮,過程持續了幾毫秒,最後消散成數個小氣泡。

震盪型氣泡。影/作者提供

儘管沒有明顯的噴濺或爆破,震盪型氣泡仍然會引發聲響,但聽起來似乎和前面兩者不太一樣,持續時間也較久。仔細一看,聲響的主要頻率竟然和高速影片中氣泡膨脹收縮的頻率不謀而合,都在 800 赫茲左右。研究人員因此推測,震盪型氣泡產生的聲響其實是來自於油面下的高速震盪。

研從上到下分別是爆破型、拉長型、震盪型氣泡。
圖/作者提供

關於震盪行為的起源,研究人員沒有提出直接的解釋。不過他們同時觀察到另一個有趣的現象:氣泡在下方高速震盪時會對熱油表面造成擾動,讓某些原本浮在油面相安無事的小氣泡破裂並噴濺。這顯示熱油表面的氣泡對於物理擾動十分敏感,可能也是造成廚房中熱油噴濺的主要原因之一。

這三種型態,不限於油鍋

說到這,有一個重要的問題還沒問:這三種氣泡的形態和油溫高低有沒有關係呢?也就是,我們能不能用不同的氣泡型態或爆炸音高來判別油溫高低?研究人員嘗試了 170 度到 220 度的常見油溫,發現三種氣泡型態在各種溫度都有機會出現。油溫的最佳判準,或許還是簡單的一根竹筷。

這次研究的眼光也不僅止於家中的廚房。大自然中的液面噴濺,例如海邊拍打的浪花還有火山爆發時的熔岩,會產生懸浮於空中的液體微粒,也就是氣溶膠(Aerosol)。不論是天然還是人工製造氣溶膠,都對環境有很大的影響。來自海浪的海洋氣溶膠主宰了全球氣候,而人為排放的氣溶膠則是我們看到灰濛濛的空氣汙染。

木山景仁和他的團隊希望透過這次研究辨明不同的氣泡種類與相對應的聲音特徵,用於發展音訊偵測技術來監控熱油噴濺或是氣溶膠形成的過程。

下方是研究團隊製作的精華影片,收錄了各種溫度下的竹筷氣泡以及三種氣泡型態的聲響,讓讀者親耳體驗油炸食物的美妙聲響。

各種溫度下的竹筷氣泡以及三種氣泡型態的聲響。影/Youtube

參考資料