凝膠狀物體的搬送轉移在食品工業上有很多可能的應用(麵糊, 醬..)，但是因為凝膠狀物體有類似液體的性質，不能承受剪應力，所以常常在搬送轉移中因為剪應力而變形，這樣限制了食品可能的製造方式；如果能消除剪應力破壞，就可能做出更多複雜的產品。
這影片介紹利用滑動的介面來消除剪應力的方式，所開發出來的裝置。比起一般的鏟子，這種新開發出的鏟子在移動時，表面會自行滑動，讓本來應該發生在凝狀物體跟鏟子間的剪應力變成表面滑動膜跟鏟子的相對運動，這樣一來剪力破壞就不會發生。
當然，影片中，市售裝置上同時做了類似不沾鍋的表面處理，讓轉移的過程更平順，少了表面的吸附，不過其實這樣的機制大家可以在家裡自己實驗，每個人都可以做出這樣的不沾鏟：先在一個盤子上滴上醬油膏或是番茄醬，然後把信用卡裝到塑膠袋裡，然後一邊推信用卡一邊拉塑膠袋把醬給鏟起來(推動速率等於拉動速率才能消除剪應力喔！) 反著動作就可以把醬放回去。
試試看吧, 每個人都可以做出類似功能的不沾鏟喔!
本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。
到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。
在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。
因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。
很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？
首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。
細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。
如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。
因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。
HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！
1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。
有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。
當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。
現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。
除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？
其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。
低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。
然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。
0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒 PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。
在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。
然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。
在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。
此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。
為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。
即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。
好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。
HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。
為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。
這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：
空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍
在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。
工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。
而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。
關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。
這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。
總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。
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話題新番 SPY X FAMILY 中的媽媽約兒，是武功高強的職業殺手。力大無窮的她曾因為不小心抱得太用力，導致弟弟的肋骨不幸斷裂。約兒的力量究竟要多大，才能靠抱抱折斷別人的肋骨呢？
肋骨雖然是保護軀幹內重要器官的鎧甲，但比起粗壯的大腿骨等等其實是相對容易發生骨折的區域。除了一些激烈的競技運動可能會導致肋骨出事之外，CPR 過程中的壓胸動作也有一定機率會造成胸骨或肋骨骨折。這樣看來，單靠人力要把肋骨折斷好像並非不可能。
除了安妮亞需要擔心這個問題之外，清楚地知道「東西什麼時候會斷掉」也是許多工程師每天會遇到的挑戰。然而這類實驗每做一次就要毀掉一塊材料，大多時候更完全沒有做實驗的可能（例如大型建築結構，或是無辜人類的肋骨）。
接下來我們便可以用一些簡單的估計，來探討人類肋骨究竟會不會在擁抱過程中意外斷裂。
一般而言，固態材料受到外力時首先會產生正比於外力大小的彈性形變，外力停止之後便能恢復原狀。硬度（Stiffness）描述的是彈性形變和外力的正比關係，也就是「外力 = 硬度 * 形變量」。在相同的外力之下，硬度越大的材料形變越小。
外力大到某個程度時，會造成不可恢復的塑性形變，此時材料內部的微觀結構通常已經遭到破壞；外力再大一些便會造成巨觀的斷裂。材料在斷裂前能承受的最大應力就是其強度（Strength）。
玻璃這類硬而脆的材料硬度大但強度小，也就是說它不容易形變，但應力一大就裂開；金屬類則通常有較好的強度和較大的彈性範圍，因此彈簧通常以金屬製成。
硬度跟強度是相關但獨立的概念，下面關於斷裂的討論會著重在強度的部分。
作為複雜的有機結構，骨骼的力學性質並不如上述的如此簡單。骨骼遭受外力衝擊時可以透過局部的塑性形變來分散能量，使裂痕不易蔓延。也就是說，是否骨折不只和力的大小有關，也和施力的速度有關。瞬間的重擊會讓能量來不及耗散，材料因此更容易斷裂。
用吸管插手搖杯封膜時一定要快狠準便是這個道理，如果慢慢加壓只會讓塑膠封膜凹一個洞（也就是塑性形變），那不是因為力氣不夠，而是因為施力不夠快。
但骨骼的塑性性質實在不好估計，所以先別管那麼多。一般在實驗室中若要測量骨骼的斷裂強度，應該就是緩慢地對材料加壓直到斷裂，這樣才能獲得完整的「彈性─塑性─斷裂」過程的資料。
我們暫且假設內心溫柔的約兒擁抱親人的動作（相較於出拳攻擊）是緩慢的，只是力氣的高峰值出奇地大，所以肋骨在經歷了充分的塑性形變後才最終斷裂。對於這類相對緩慢的擁抱，我們便可以安心地套用現有的一些測量數據。
骨頭的部分接下來只要交給谷歌就可以了，那擁抱的力量該有多大呢？一般人抱的動作大概不會把雙臂交疊在一起，而是分別放在對方的肋骨上。所以我們只要考慮一隻手的力氣就好，兩隻手就只是斷掉的肋骨數量乘以二而已。
如果健身房有一台以擁抱動作為發想的訓練器材，一般人用一隻手能拉起的槓片數量應該不多，可能最多十五公斤。約兒提到她當時抱斷了弟弟的三根肋骨，意即兩隻手的力量差不多由三根肋骨扛起，也就是一根肋骨要承擔十公斤重的力。換成物理學家用的單位，就是差不多 100 牛頓。
但是知道力的大小還不夠。直覺會認為，較薄的材料比較容易折斷，同樣的材料在斷裂前能承受的力應該跟截面積呈正比。換句話說，真正衡量斷裂強度的是單位截面積所受的力，也就是應力（壓力）的概念。把一根肋骨的截面簡單當成一公分見方的正方形，壓力便等於：
100 牛頓 /1 公分2=106 牛頓/公尺2=1 百萬帕
（最右邊的百萬帕是材料力學常用的應力單位。）
不過彎曲應力不只和截面積有關，還得考慮材料受力的整體結構。
肋骨下方的胸腔相對沒有什麼支撐力，所以肋骨比較像是一根兩端固定，中間懸空的橋樑，如下圖所示。從日常經驗可以知道，這種結構中間懸空的部分 L 越長，或是厚度 d 越薄，彎曲的越嚴重。
所以剛剛的應力還要再乘上一個長度對厚度的比值，才是肋骨在結構中承受的彎曲應力。假設肋骨大約 10 公分長，最後的答案就是 10 百萬帕。
人類骨骼的彎曲強度取決於年齡、性別、個體發展差異等等，但是普遍的值落在 100 到 200 百萬帕的範圍，一比下來差了十倍以上。雖然我們在計算中做了很多誇張的簡化，可是過程中不太可能有估計的失誤會讓最後結果差到十倍。
因此可以放心地說，一般人的擁抱不太可能將你的肋骨折斷。
根據維基百科上沒有來源的資料：「第 1 到 3 根肋骨斷裂前能承受大約 180KG 的重量，第 4 根到第 9 根相對脆弱些」。這和我們的粗略估計大致相符，也就是每根肋骨 10 公斤重的擁抱力道距離肋骨骨折大約有十倍的差距。
不過別忘了，上面講的都是一般人的情況。約兒可不是一般人。
想要對她的怪力有些概念，我們發現第十集躲避球大戰的特訓畫面中，約兒丟出的躲避球發出了明顯的音爆，表示她的球速至少來到音速 340 m/s。一般人的躲避球速最快不過 120 km/h，也就是 33 m/s 左右。
考慮到手臂長度差不多，手臂力量大致和球的動能成正比，也就是和球速平方成正比。約兒的球速大約是常人的十倍，代表她的力量是驚人的百倍以上。由此可知，約兒對親愛的弟弟已經相當手下留情了。
Martin Grigor Abrahamyan. (2017). On the Physics of the Bone Fracture. International Journal of Clinical and Experimental Medical Sciences, 3(3 6) : 74-77.
https://www.researchgate.net/publication/321489340_On_the_Physics_of_the_Bone_Fracture
我的胞姊大我三歲 我還在襁褓時期就喜歡抱我
雖然沒折斷過我的肋骨 但讓我後腦勺著地的次數不少
一來她年幼無力 二來我生得頭好壯壯 媽餵的母奶又營養 體格壯碩
多次在倒地後 爺爺總要測試我摔壞了沒 要問我他是誰 指著爸爸問是誰 又指著媽問是誰 如果答案正確 大人們就寬心的認為沒事
其實長大了我才明白早就埋下了暗傷 不然聰明如我為何遲遲沒得諾貝爾獎呢？
科學研究的結果，常促使哲學改變看待問題的方式，這就遠遠超出科學有限的範疇。
科學的目標是什麼？嘗試描述自然的理論，要符合哪些要求？這些問題雖然超出物理的界線，兩者卻有緊密的關連，因為科學正是構成這些問題的材料。科學在哲學上的推演，必須奠基於科學結果。一旦哲學推演得到多數認同，它們也常指出幾條可能的發展方向，影響科學思想的進步。主流觀念的重大變革會產生全然不同的、出乎意料的進展，成為新哲學觀點的源頭。這些評論聽起來空泛又毫無意義，我們得引用物理史的實例說明才行。
我們試著描述第一個論及科學目的的哲學觀點。這些觀點對物理發展一直維持重要的影響力，直到 100 年前，新的證據、現象和理論促使人們放棄舊的哲學觀點，讓科學有了伸展拳腳的新空間。
科學的歷史，從希臘哲學到近代物理，人們不斷追求將看似複雜的自然現象簡化為簡單的基本觀念，並將觀念連結起來。這是所有自然哲學背後的基本原則。這個原則，甚至在原子論者的著作裡都能看見。早在 23 個世紀以前，德謨克利特（Democritus，前 460 – 前 370）就寫道：
我們習慣把甜稱為甜，習慣把苦稱為苦，把熱稱為熱，冷稱為冷。但是，現實中只有原子和虛無。也就是說，雖然感官的對象應該是真實的，人們一般也這麼認為，但是，它們實際上並非真實。只有原子和虛無是真實的。
它只是古代哲學中一個巧妙的想像力產物。連結一連串事件的自然定律，對希臘人來說還是未知。將理論與實驗結合的科學，從伽利略的工作才算有個起頭。在第一條線索的指引下，我們找到運動定律。200 年來，有關力與物質的科學研究，是人類探索自然的努力背後的骨幹。我們無法想像少了力與物質任何一項的自然。因為物質作為力的來源，作用在其他物質上，藉此展現本身的存在。
讓我們考慮最單純的例子：某個力作用在兩個粒子間。最容易想像的是引力和斥力。不管哪一種情形，力的向量都位在兩個物質構成的點的連線上。為求簡潔，自然會想到兩粒子互相吸引或排斥的圖像。若假設力作用在其他方向，圖像會複雜不少。在此之上，針對力向量的長度，我們能再加一條同樣單純的假設嗎？儘管我們有意避開太特殊的假設，加上這條也無傷大雅：任意兩粒子之間的力，只和兩者距離有關，例如重力。看起來，它也夠單純。更加複雜的作用力也不難想像，像是有些不只受距離影響，也和兩粒子速度有關的作用力。
使用物質和力作為基礎觀念的話，我們很難想像比作用在粒子連線上，只受距離影響的力更單純的假設。但是，單靠這一種作用力，足以描述所有物理現象嗎？
力學在衍生領域的偉大成就，像天文領域驚人的進展，甚至乍看之下不屬於力學的問題，其實也能套用力學觀念。這些成功加深了人們的信念，只要用不可改變的物體之間單純的作用力，就能解釋所有自然現象。從伽利略以降，兩個世紀間，幾乎所有的科學產物都有意或無意地朝這個方向努力。19 世紀中，亥姆霍玆 (Hermann von Helmholtz，1821-1894) 把這項信念化為文字：
終於，我們發現，物質的物理科學是將自然現象轉換為不可變動的吸力與斥力，其強度只和距離有關。這個問題的解答，是完全理解自然的必要條件。
根據亥姆霍玆的說法，科學的發展路徑已經確定，往後將分毫不差地走向固定方向：
不僅如此，只要所有自然現象都能化簡為單純的力，並且到證據，證明它是簡化現象的唯一途徑，科學工作將迎來終點。
在 20 世紀的物理學家眼中，這個想法既笨拙又天真。他可能不敢想像偉大的探索工作能如此順利地結束，而且也會因為可靠的宇宙圖像就此定案而感到興趣索然。
雖然早期物理學家相信，所有的現象都能縮減成單純的作用力，他們還是留下為何力和距離有關的問題。在不同現象，力隨距離的改變程度有可能不同。為了不同狀況，而引入多種類的力，以哲學觀點來看不能說是盡善盡美。儘管如此，所謂的機械論 (mechanical view)，主要由亥姆霍玆清楚定義，在當時扮演著重要的角色。物質的動力理論方面的進步，是機械論影響下最偉大的成就之一。
談到機械論的衰退前，我們暫時先接受這個上一個世紀的物理學家之間的主流觀點，看看以這個外在世界的圖像為出發點，能得出什麼結論。
a0921003785彼得 潘
