發現羅塞塔石碑｜科學史上的今天：7/19

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

宣揚「愛國主義」而掀起的人民戰爭

法國革命者大聲宣揚「不再有政治操弄、軍事藝術，只有火、鋼鐵和愛國情懷」。而拿破崙的天才之處在於將口號變為現實。拿破崙的軍隊放棄了只會拖慢職業軍隊行軍速度的補給線，轉而在當地購買或竊取所需的物資。

十七世紀以來，沒有人嘗試過這項做法，因為部隊規模太過龐大，無法在軍隊沿線的農場取得足夠食糧。拿破崙的應變之道是，將軍隊拆散成軍團和單位更小的師，每個軍團或師沿著不同路線行進，在必要情況下也能獨立作戰。但勝利的關鍵在於，這些軍團和師能在發現敵人後迅速集結，使拿破崙掌握壓倒性的軍事力量。

戰場上，拿破崙也遵循著同樣原則。他的部隊無法像舊式部隊那樣發動精心設計的火槍陣攻勢，所以他不要求軍隊這麼做，而是讓散兵排成鬆散的隊形狙擊敵人整齊的防線，大量步兵則在火力掩護下以不規則的陣形衝鋒。

接近敵軍時，部隊可以分散成大致陣列進行火槍陣射擊，以數量代替準度，或是用固定的刺刀殺入敵人防線。即使是敵人派出的專業軍隊，面對革命軍的衝鋒也常落荒而逃。

就在康德撰寫《永久和平論》期間，發動人民戰爭的法國軍隊在未深思熟慮的情況下，戰爭目的就由捍衛革命轉為擴大革命成果。拿破崙在一七九六年橫掃義大利北部，一七九八年入侵埃及，一八○○年十二月率軍一路攻打到離維也納僅五十英里處。一八○七年，康德去世三年後，拿破崙占領了康德的家鄉柯尼斯堡（Königsberg）^[註1]。

歐洲的人民戰爭與美國革命背道而馳。一七八一年，英軍在約克鎮投降後，美國人鑄劍為犁，將兵力投入生產中。革命將領回到他們的農場，而傑弗遜和志同道合的共和黨人則頑強抵制中央集權、稅制、國債、常備軍及利維坦的一切統治手段。

據此，某些美國人堅信他們比腐敗的歐洲人更有美德。然而，每當美國意識到危險時仍會向利維坦靠攏，一七九○年代當法國入侵的恐懼蔓延全國時就是如此。這證明歐美真正的差異在於政治地理層面。

美國在一七八一年後就鮮少面臨生存威脅，因此只要維持微小的軍事力量即已足夠，甚至能針對利維坦的存廢進行辯論。另一方面，歐洲列強則面臨著來自鄰國四面八方的威脅，最微小的弱點都相當致命，共和國若要生存就必須像其他君主國家一樣戰鬥。

權力的演變——「民族主權」最終成了「帝國主義」

在歐美兩大洲，愛國情操高漲只是權利開放的社會秩序興起後的現象之一。然而，當拿破崙意識到這熱情能與共和國體制脫鉤時，法國的人民戰爭開始走向與美國截然不同的道路。

一七九九年，一場悄無聲息的政變使拿破崙成為法國君主，一八○四年他更公開加冕自己為皇帝。

從那時起，法國軍隊出征的目的不再是捍衛主權，而是帝國擴張這個老套的理由。

華盛頓曾認為商業使戰爭變得多餘，但拿破崙不這麼想，一八○六年後他更試圖證明情況恰恰相反，打算利用戰爭來壓制商業活動。他要求戰敗國加入法國的「大陸體系」，這個貿易禁令實際上是為了封鎖英國進入歐洲市場的通路，企圖從經濟上拖垮英國。

歐洲要再經歷十年的戰爭，包括歐洲史上一些規模最大的戰役（如一八一三年動員六十萬人的萊比錫之役），才證明拿破崙的想法是錯的。以戰爭壓制商業的唯一辦法，就是透過法國艦隊封鎖英國貿易通路，但由於貿易是如此有利可圖，因此英國總能生產比法國更優良的船艦、訓練更優秀的船員。

拿破崙的海上封鎖宣告失敗，而由於英國在全球的貿易得以生存，歐陸國家很快就發現比起英國依賴歐陸，歐陸反而更依賴英國貿易。因此，其他歐陸國家漸漸找到繞過大陸體系的方法，和英國通商。

拿破崙為強化大陸體系所發動的戰爭，很快就使人民戰爭達到勝利頂點。一七九九年以來，拿破崙已證明能透過人民戰爭取得王位，而歐洲朝代悠久的君主漸漸學會以同樣的方式扳倒他。

一八○八年，當拿破崙發動半島戰爭占領西班牙，打算將其納入大陸體系，法軍在當地陷入人民起義的泥潭中。西班牙起義者在英國派遣正規軍支援下，往後六年間成功在當地牽制住數十萬法軍。

但拿破崙仍執意強化大陸體系，他在半島戰爭後入侵俄羅斯，使情勢雪上加霜。如第三章所述，正是這次決斷失誤啟發了克勞塞維茨的「頂點論」。

克勞塞維茨的祖國普魯士投降法國後，憤恨之情促使他在一八一二年以志願兵身分加入俄軍，後來他意識到自己的反法情緒僅僅是拿破崙做得太過頭造成的巨大效應而已。

戰爭的情勢正被逆轉，拿破崙占領莫斯科兩年後，包括俄羅斯在內的第六次反法聯盟占領巴黎，將拿破崙流放至義大利外海孤島上。然而，拿破崙於一八一五年潛回法國重新召集軍隊，並在滑鐵盧戰役迎戰英軍。但這場戰役最終功虧一簣，拿破崙被流放到更偏遠的大西洋小島上。

英國這座新式、權利開放的貿易帝國，最終在拿破崙軍國主義、人民戰爭新舊結合帶來的巨大挑戰中倖存下來。一八二一年，拿破崙逝世於大西洋小島上（有傳聞指出是英國派人毒死他），大英帝國自此成為統治歐洲的巨人。

英國在各地充當世界警察的行為是有回報的。儘管派遣英國戰艦巡視航道相當花錢，但這麼做很值得，因為自一七八一至一八二一年間，英國的出口就增漲了兩倍，英國工人成為世界生產力最高的族群。

解決了前所未見的拿破崙戰爭後，英國也成長為一座前所未見的強盛帝國。

註釋

註1：今名加里寧格勒，隸屬於俄羅斯。

——本文摘自《戰爭憑什麼：從靈長類到機器人的衝突與文明進程》，2022 年 11 月，黑體文化出版，未經同意請勿轉載。

領袖典範：辛辛納圖斯與華盛頓

COVID-19（武漢肺炎、新冠肺炎）席捲全世界之下，台灣的防疫表現非常好。但是政府某些手段，卻令人質疑有侵犯人權的問題。另一方面，一些人認為防疫成功，是由於台灣人民尚未擺脫威權時代舊習，習慣服從權威，自我限制自由，成熟的民主社會不該如此。

究竟該如何理解台灣防疫的本質？一篇金融時報 (Financial Times) 的讀者投書提到「辛辛納圖斯式」這個名詞，令我恍然大悟。

辛辛納圖斯 (Cincinnatus) 是 2400 多年前，羅馬共和時期的一位領袖。羅馬面臨危機時，他臨危受命成為集權的獨裁者，順利帶領羅馬走出困境。危機結束後，他主動放棄權力，退休回家，安享晚年。

上述情節未必完全符合歷史事實，但是不論真實的辛辛納圖斯如何，他被建構的歷史故事，成為羅馬人人稱道的政治聖人樣板，流芳百世。帶領美國獨立的第一任總統華盛頓，便被稱作當代的辛辛納圖斯；美國城市辛辛那提也是為了紀念他。

法國大革命後成為集權領袖，隨即登基皇位的拿破崙，則是華盛頓與辛辛納圖斯的反面樣板。

台灣防疫的堅實基礎——民眾自發投入

要理解台灣防疫的本質，必需知道台灣是怎麼成功的。普遍認為，追蹤接觸者 (contact tracing) 是台灣防疫的關鍵法寶，每次鉅細彌遺的疫調足跡，卻往往讓人質疑是否過頭，每過一段時間就起一次爭議。

服從國家機器的權威，確實是疫調和追蹤能成功的條件。然而，台灣防疫的成功，追蹤只是金字塔的上層。如果沒有那麼詳盡的追蹤，台灣防疫的結果將不如現在，會有社區流行，但是規模應該有限，和多數國家相比仍然為不錯的結果。

台灣防疫金字塔的底層基礎是什麼？我想是大部分民眾，將防疫視為勝利目標明確的戰爭在投入。

台灣不論什麼政治立場、社會背景的人，大部分都認為防疫是重要的事（主張的手段可以截然不同就是）；政府之外，基層有非常多自發性的防疫小單位，政府與民間各式資源也交叉支援。這才是台灣防疫能成功的堅實基礎。

照其他國家的狀況，光靠台灣民間的自發防疫行為，就足以將感染源的數量壓制到夠少，不會進入指數成長期，在此之下，實施口罩、消毒等防疫措施，足以令疫情不至於失控，滿分 100 的話大概有 70 分水準；疫調、追蹤等手段則是錦上添花，再將感染源壓制到零，超過 90 分。

台灣從政府到基層人民，求生意志非常強烈，將武漢肺炎視為目標明確的戰爭在打，每一階段的成功，又提供正向回饋的成就感，抗戰愈來愈帶勁。

基層缺乏凝聚力，人心愈來愈殆盡

相比之下，多數疫情失控國家的目標糊裡糊塗，將瘟疫視為一場不情願的麻煩戰爭，即使某些方面投入大量資源，成效不彰之下，人心愈來愈殆盡，許多民眾自我安慰「戰爭總有結束的一天」，那麼面對一個死亡率未滿 1%，年輕就是抵抗力的傳染病，當下也就不值得那麼在乎了。

以基層傳統雄厚的美國來說，近年遭遇的變局是有目共睹。美國大城市人口眾多、組成多元，表面上人人自由，實際是基層凝聚力大不如前，面臨傳染力強的病毒危機時，城市無法有效應對，成為病毒繁衍的溫床，再源源不絕輸出其他地區。也難怪美國整體的疫情無法降溫，隨時又會大爆發。

不只需要不戀棧權力的領袖，還需要一群高素質的公民

相比於沒有經歷過威權統治的美國，台灣社會整體上確實更加服從政府權威，對防疫有正面影響，但是這與帝國治下的草民自願放棄自由，本質上是截然不同的情境。

回顧人類歷史，如古希臘城邦、羅馬共和、建國前的美國、第二次世界大戰的英國等社會，由素質足夠、自主性高的「公民」組成，成員們單兵戰鬥力強，碰上重大危機時，卻會將權力集中給少數領袖調派，先以當下困境為目標，因為這樣才能充分發揮每個單兵的價值，有效解決危機。

而這些社會的領袖多半是「辛辛納圖斯式」，危機解除以後便還權於民，告老還鄉，讓鄉民們回歸自主性高，單兵戰鬥力強的日常。此一模式曾經協助許多社會度過危機，我想，這就是台灣正在演出的劇本。

要成就一場坎尼會戰，不只需要一個漢尼拔，還需要一個法羅。羅馬不是一天造成的，如今瘟疫戰爭仍在進行，要成就一場辛辛納圖斯式的勝利，不只需要一個不戀棧權力的辛辛納圖斯，還需要一群高素質的羅馬公民。

• 本文轉載自新公民議會《集權卻不威權獨裁—台灣「辛辛納圖斯式」防疫》

延伸閱讀

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• 短篇  地中海地區最早，威尼斯的隔離防疫系統

參考資料

• 金融時報讀者投書《台灣揭示對抗武漢肺炎的辦法（Taiwan has shown the way in the fight against Covid-19）》

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁