馬爾他巨石文化遺址——哈扎伊姆神殿│環球科學札記(26)

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

• 文／張之傑

地中海飲食源自希臘、義大利南部、西班牙、葡萄牙等地中海周邊地區。二○一○年，聯合國教科文組織將之列為世界非物質文化遺產。目前地中海飲食以希臘和南義飲食為代表，其特色是以天然穀物、豆類、大量當季蔬果，搭配適量的魚、蛋、家禽、起司和少量紅肉及紅酒，橄欖油為主要油脂來源。

我們的環球之旅，在希臘的雅典外港比雷埃夫斯停靠兩天。第一天（五月二十日）參觀雅典衛城，第二天參觀柯林斯運河、埃皮達魯斯古劇場和小鎮納夫普利翁。雅典衛城我們十六年前去過，這次沒有參團，自行搭地鐵在雅典繞了一下，過午一時前趕回船上吃午餐，沒吃到所謂的地中海飲食。

第二天就吃到了。這天十二點二十五分離開埃皮達魯斯劇場遺跡，經過一段窄得只能容得一輛遊覽車的山路，最後司機在一個岔路口停住，導遊下車端詳一會兒，才決定向右，看來她已許久沒來過了。我們來到一處希臘村莊，在一家類似大陸農家樂的餐廳享用午餐，吃了一頓庶民版的地中海飲食。

這家餐廳用輕鋼架搭成，沒什麼裝潢，我們坐在室外的棚子裡，頂上攀滿葡萄藤，曬不到太陽，但因光線明亮，我並沒摘下太陽眼鏡。這一餐的主菜是烤雞和烤馬鈴薯，每人一份。豆子濃湯每人一盤，生菜沙拉四人一玻璃盆，麵包四人一籃。我特別喜歡這家餐廳的麵包，我們那桌只有我吃了三塊。那盤烤雞，是一整塊雞胸肉。吃下麵包、烤雞胸肉、生菜沙拉、豆子濃湯和一個橘子，那些烤馬鈴薯已無能為力了。

五月二十三日，和平號停靠義大利的西西里第二大城卡塔尼亞港。一早就搭上遊覽車前往世界文化遺產卡薩爾古羅馬別墅遺跡。十二點四十，到附近的一家鄉間餐廳吃自助餐，窗外就是田園。桌上已擺著用籃子裝的麵包，和用大玻璃瓶裝的飲水。餐檯上有好幾種起司、魚、雞肉、醃橄欖等等，或許大家都餓了，每人都拿了一大盤，還拿了草莓、杏子、李子、橘子等水果。導遊說，燉豆子和海鮮番紅花焗飯還沒上呢！這餐可說是標準版的地中海飲食。

五月二十四日，停靠馬爾他首府法勒他。馬爾他面積三一六平方公里（約為香港的三分之一），人口四十七點五萬人，卻有八處世界文化遺產，以單位面積來說居世界之冠。我們參觀過哈札伊姆神殿史前巨石文明，驅車到五星級的腓尼基飯店午餐。途中導遊說，今天的午餐是自助餐，有他處不容易吃到的兔子肉。歐洲各國貴族熱衷狩獵，馬爾他原為馬爾他騎士團的根據地，因而留下吃兔肉的傳統。

約十二時，來到腓尼基飯店。這家飯店的正面，像座羅馬式建築的博物館。餐廳高大軒敞，自助餐菜色豐富。大家期待的兔子肉，竟是鮮紅的生肉，看起來像是牛肉，由服務生當場切成薄片。味道嘛，我不吃生肉，取了很小很小的一小片，沒嚼就一口吞下，實在說不出所以然。內人說很嫩，有點鮮甜。

或許大家都餓了，食物又吸引人。擺食物的桌子很長，總共有數十種。我們這群人吃相不大好看，每道菜只取一點點，就可裝滿一大盤。有人麵包和菜一盤，水果一盤，甜點一盤，還有飲料和雞尾酒，堆了一大堆。在這充滿貴氣的餐廳，服務生大概很少見過我們這樣的餓殍吧。這餐可說是豪華版的地中海飲食。

五月二十七日，我們停靠西班牙南部的莫特里爾。這天的行程上午造訪有白色小鎮之稱的弗里希利亞納，和內爾哈石灰岩洞窟。中午在洞窟入口處的餐廳吃自助餐。雖說是自助餐，其實只有水果、麵包可以自己取，菜餚仍由工作人員根據你所指的打給你。我們坐在靠窗處，從窗口就可遠眺海景。這一餐有海鮮濃湯、炸花枝、炸雞排、番茄冷湯、魚等，還有鮮奶米布丁等，只有甜點有點特色。這餐可說是普及版的地中海飲食。

其實，和平號上的早餐和午餐，就是地中海飲食。日本人喜歡吃生菜沙拉，以午餐為例，每天有八盆，每天都出現的有高麗菜、番茄、蘿蔔、胡蘿蔔、彩椒、大黃瓜、萵苣和海帶芽，偶而還有芝麻葉、大白菜等葉類蔬菜，另有用橄欖油調製的沙拉醬。每天有一種水果，如甜橙、香蕉、西瓜、葡萄、奇異果、草莓等。熟食區有八個鍋，每天都有什錦燴蔬菜、豬肉、雞肉、魚等，沒有一種油膩。最常吃的魚是鯖魚、秋刀魚和鮭魚，偶而有竹夾魚。食材和地中海飲食基本一致，堪稱家常版的地中海飲食。

先前在《電腦簡史》 齒輪時代（六）提及，羅馬帝國分裂後，希臘典籍原本早已損毀甚鉅。日耳曼蠻族接管歐洲後，又因為教會強力鉗制學術思想，而進入黑暗時代。是什麼樣的契機，讓十字軍得以帶回君士坦丁堡保存的許多希臘著作，以及伊斯蘭地區的阿拉伯書籍？十字軍東征促成了經濟趨向繁榮外，對於歐洲文明又形成了什麼樣的重大影響？

本文為系列文章，上一篇請見：西方第一座水力天文鐘——給你聲光饗宴的城堡天文鐘│《電腦簡史》 齒輪時代（九）

一封來自拜占庭皇帝的求援信，間接促成歐洲貿易、文化再次興盛？！

1095 年三月，拜占庭帝國的特使千里迢迢來到羅馬，向教宗烏爾班二世 (Pope Urban II) 遞交一封拜占庭皇帝的親筆信函。烏爾班二世打開一看，竟然是封求援的信。原來塞爾柱土耳其人 (Seljuk Turks) 近年來攻城略地，不但取代阿拉伯的阿拔斯王朝，成為伊斯蘭世界的新霸主，也強佔拜占庭帝國大半國土。如今更逼近君士坦丁堡，拜占庭帝國已經岌岌可危。

其實君士坦丁堡教會和羅馬教會交惡已久；四十一年前，雙方還鬧到互不承認，而分裂成東正教與天主教至今。因此對於烏爾班二世而言，這或許是讓君士坦丁堡教會向羅馬臣服的大好機會。更何況唇亡齒寒，塞爾柱帝國如果滅了拜占庭帝國，再來就直接威脅到西方基督教徒了。

因此他同年七月返回家鄉法國後，便四處演說，鼓吹民眾加入遠征軍，從異教徒手中奪回聖城耶路撒冷。不過群眾並未馬上響應，直到十一月底，烏爾班二世在克列芒 (Clermont) 向廣場群眾發表演說，宣稱為聖戰犧牲者可以洗清生前罪孽，進入天堂，才引發熱烈響應，而開啟第一次「十字軍東征」。

第一批率先出發的十字軍，其實是一般平民組成的「烏合之眾」，隨後才由貴族各自帶領正規軍遠征。出乎意料地，十字軍竟一路過關斬將，成功於 1099 年中攻下耶路撒冷，在此建立基督教的耶路撒冷王國。

奇怪，伊斯蘭大軍不是驍勇善戰，勢如破竹地快把拜占庭帝國滅了嗎？怎麼會輸給歐洲倉促組成的雜牌軍？這是因為塞爾柱帝國的蘇丹王突然遭人暗殺，各派人馬為爭奪權位而互相廝殺，帝國因此分崩離析，才讓十字軍有機可乘。

到了十二世紀下半葉，庫德人薩拉丁 (Saladin) 建立的埃宥比王朝 (Ayyubid dynasty) 又一統伊斯蘭世界後，便再奪回耶路撒冷。之後歐洲又多次派十字軍東征，雙方不斷交鋒，互有勝負，直到十三世紀末，歐洲民眾對聖戰已失去熱情，歷時兩百年的十字軍東征終於告一段落。

歐洲民眾之所以不再熱衷於聖戰，經濟越來越繁榮是一個很大的因素。由於歐洲在九世紀至十三世紀之間，進入「中世紀溫暖期」，溫暖的氣候有利於植物生長，可耕種的土地也大幅增加，糧食與畜牧的產量隨之提升，得以供養更多人口，促進社會繁榮。

到了十三世紀，歐洲地區的人口與經濟便開始快速成長。而當初參與十字軍東征的民眾，主要都是社會底層的窮困階級。他們原本就基於：「反正沒甚麼好損失的，不如賭一把」的心態加入十字軍，如今歐洲內部有那麼多謀生、致富的機會，也就沒必要冒死遠赴戰場了。

十字軍東征雖然到頭來也沒收復多少領土，卻也不是徒勞無功。因為遠征所需的武器配備、後勤支援，原本就會促進各項生產與商業貿易，所以對歐洲的經濟成長也助了一臂之力。不過更重要的是，歐洲文明因此才得以邁向光明。

十字軍東征撒種典籍，歐洲知識文明再次萌芽

之前提到，羅馬帝國分裂為東西兩個帝國後，歐洲地區的希臘典籍原本就已經銷聲匿跡。日耳曼蠻族接管歐洲後，又因為教會強力鉗制學術思想，而進入黑暗時代。如今因為十字軍東征，君士坦丁堡保存的許多希臘著作，以及伊斯蘭地區的阿拉伯書籍，才終於被十字軍帶回歐洲。

而在第一次十字軍東征之前，歐洲西部幾個基督教王國也展開「收復失地運動」，進攻伊比利半島上的伊斯蘭王國，也在西班牙與北非的阿拉伯圖書館發現大量文獻典籍。於是自十二世紀開始，這些典籍陸續被翻譯為拉丁文，在歐洲出版，基督教世界的學者們才終於一睹這批無價的知識寶藏。例如歐幾里得的《幾何原本》、托勒密的《天文學大成》、亞里斯多德等希臘學者的著作，以及代數、三角學與阿拉伯數字這些數學觀念，都是此時才被引介到基督教世界，成為歐洲啟蒙的種子。

當然，還得有適當的條件，種子才能萌芽。隨著歐洲社會步向繁榮，經濟活動愈來愈頻繁，各種文件記錄也大幅增加，例如人員、財產、土地都要造冊存檔，還有交易紀錄、商業合約、法院訴訟等等也都需要大量能讀能寫的人。因為社會需才孔急，教會於是主動要求各地教堂開辦學校，使得歐洲的識字人口在十三世紀大幅增加，知識的傳播才逐漸在歐洲遍地開花——這其中，也包括了希臘學者與伊斯蘭學者所奠基的齒輪技術。