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色色的電影有色色的味道?用氣味幫電影分級有搞頭?——2021 年搞笑諾貝爾化學獎

Rock Sun
・2021/10/09 ・4391字 ・閱讀時間約 9 分鐘
相關標籤: 科學生 (515)

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你喜歡看電影嗎?看電影是現代人類的一大樂趣,不管是大人帶小孩、情侶約會、朋友揪團還是單獨享受,你都一定多多少少找得到想看的電影,但是要說看電影最不想遇到的事,大概就是看了自己不想看、或是跟預期的不一樣的電影。

儘管現在我們有許多的評分系統和影評可以參考,但別忘了最最最基本,防止大家亂看電影的依據:電影分級系統。這套系統最早出現於 1960 年代的歐美,發展到現在幾乎全世界每個國家,都有一套獨門的電影年齡分級機制,讓小朋友遠離他們不該看的電影,或是向大家宣告有哪些電影是可以全家同樂。

要說這些電影年齡分級有什麼依據,硬要說的話就是其中主題元素,例如暴力、血腥、髒話……等,但是有時候就連普遍級電影也會讓你心驚膽戰、痛哭流涕、情緒激動,而限制級電影也有機會讓你笑哈哈,好像整個分級並沒有一個相當客觀的科學數據。

這也是為什麼一群來自德國馬克斯普朗克化學研究所(Max Planck Institute for Chemistry)的研究人員們有了一個很神奇的想法:何不用用人體散發的化學物質來作依據呢?

今年搞笑諾貝爾獎的化學獎,就頒給了這群來自德國、英國、紐西蘭、希臘、匈牙利和賽普勒斯的科學家( Jörg Wicker、Nicolas Krauter、Bettina Derstroff、Christof Stönner、Efstratios Bourtsoukidis、Achim Edtbauer、Jochen Wulf、Thomas Klüpfel、Stefan Kramer、Jonathan Williams ),他們在德國電影院中動了些手腳,收集了各種電影觀眾所產生的氣味化學資料,試圖以此為依據作出新的電影分級。

如果先說結果的話,就還真的可以喔!(注意以下的實驗目的主要是創造一個新的標準「輔助」現在的分級,而不是打掉重練。)

看電影時我們怎麼用化學的方式產生情緒?

人類無時無刻都會呼出和釋放出揮發性物質(volatile organic compounds,簡稱VOCs),而釋放這些物質的量和頻率與許多東西息息相關,其中一個就是情緒。

不要以為只有那種場面宏大的動作片、血漿噴不完的恐怖片或是情感豐富的劇情片才會讓人有明顯的情緒波動,事實上不管你看什麼電影,你一定多少會被劇情影響,不時肌肉緊繃、轉頭、前後移動、緊張冒汗、大口呼吸……等,這些小動作或多或少都讓整個影廳的空氣中瀰漫著大家產生的化學物質。(除非超級睡覺片,一進去就開始睡覺了)

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這群研究人員們就是想要在不同分級的電影中,蒐集空氣中的化學數據,想要打造一個以「氣味」為主要分級依據的全新制度,但是只靠一種化學物質根本不夠對全部年齡群體做出分級,因為電影會引發的情緒,常建立在人類複雜的感知上(也就是說通常暴力、性、反社會、嗑藥、粗話……等都全部都會混在一部電影裡) ,所以除了常見的二氧化碳外,他們還選擇異戊二烯(Isoprene)為指標,這種揮發性物質是我們呼出氣體中數量較少物質,但是一旦有任何身體的細微活動,異戊二烯的濃度都會有很明顯的變化。

電影院中的味道五味雜陳,可能與人釋放的化學物質有關。圖/Pixabay

超有限的電影數據蒐集

這群研究人員找上了一間位在德國美因茲(Mainz)的電影院,對方很順利的同意了實驗,唯一的要求就是不要妨礙觀眾觀影。

研究人員將能偵測空氣中物質的質譜儀,安裝在影廳的空調末端,每 30 秒監測影廳排出的空氣成份變化,他們在電影院的兩個影廳中進行了大約 8 星期的實驗,時間落在 2013~2014 和 2015~2016 的兩個冬天,每次實驗進行了 4 個星期,這段期間總共 11 部不同的電影在戲院上映,蒐集了 135 場電影的數據。

另外,也參考德國當地既有的電影分級標準,稱為 FSK( 德文:Freiwillige Selbstkontrolle der Filmwirtschaft;英文:Voluntary Self-Regulation of the Film Industry ),FSK 將電影分成 5 個層級:FSK0 表示全年齡都可以看、FSK6 表示 6 歲以下不能夠觀看、FSK12 則表示 12 歲以下不得觀看、接著按照同個邏輯還有 FSK16 和等同於限制級的 FSK18。

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但很不湊巧的,這段時間內沒有任何 FSK18 的電影上映,以下是這次研究中,收集氣味差異的電影內容與場次:

FSK 0 (全年齡皆可看)FSK 6 (6 歲以下不可看)FSK 12 (12 歲以下不可看)FSK 16 (16 歲以下不可看)
救命!我把老師縮小了!
(18 場次)
Buddy
(無中文翻譯,10 場次)
飢餓遊戲
(2 場次)
玩命法則
(1 場次)
我出去一下
(33 場次)
與恐龍冒險3D
(12 場次)
飢餓遊戲:星火燎原
(8 場次)
殺千刀重出江湖
(1 場次)
白日夢冒險王
(13 場次)
星際大戰:原力覺醒
(34 場次)
鬼入鏡 5:鬼次元
(3 場次)
表/參考資料 1

該怎麼確認濃度增加是因為電影情節?

回想一下看電影的情境,觀眾關在密閉的影廳裡,即便沒有播放任何電影,觀眾也會正常代謝,不斷釋放出化學物質,也就是說,即便影廳內並沒有播放任何電影,只要有觀眾在影廳內,空氣中的化學物質濃度就會越來越高。

因此,我們必須排除像上述這種「原本就會產生濃度改變的因素」,才能真的看到電影情節對空氣中的化學物質有什麼影響。

為了能有效分析一場電影中,影廳空氣內的化學物質變化與電影情節的關係,研究人員以 2015 年的德國全年齡向電影「我出去一下」的異戊二烯數據作為範例,解釋他們排除了什麼因素。

「我出去一下」這部電影按照電影播出時間所採集的異戊二烯數據 。圖/參考資料 1

上圖為原始的濃度變化資料,能看到在電影播放(紅色線段)的期間,異戊二烯持續增加,這就是前面提到的一群人坐在密閉空間中,正常的濃度變化趨勢。而紅色線段後的高峰,則是電影結束後觀眾起身離開座位,因肌肉運動所產生的大量異戊二烯。

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在去除掉電影結束的高峰,以及紅色線段的趨勢後,就會得到下圖,透過比較下圖的數據差異,才能找到電影情節對空氣中化學物質濃度的影響。

不同分級的電影,空氣中特定物質的濃度還真的不一樣

進入正式實驗中的電影共有 4 個年齡分級,每個年齡分級中會有一部電影會被挑出來做為標準組,而剩下的則做為實驗組,原本的期待是標準組的 4 部不同年齡分級的電影必須都要有超過 8 個場次,但是這個實驗方式在 FSK16 這個分級遇到困難,因為這分級的電影中有兩部只獲得一次的數據(2013 年的《玩命法則》和 2013 年的《殺千刀重出江湖》)所以它們被劃為一組評估,另外一組 FSK16 則是《靈動:鬼影實錄》,所以總共獲得了 24 組不同的標準和實驗組比較。

因為整個實驗的最終目的是為了知道「使用化學物質到底能不能區別不同分級的電影呢?」,被當作標準的化學物質必須要盡量講求精確,所以研究人員們將除了二氧化碳和異戊二烯外的許多化學物質也納入考量,看是否有更容易區別出電影的化學物質。

研究用特徵曲線(ROC Curve)來分析數據,這種分析方式也常用於機器學習領域,其結果代表的是「以某個參數值或模式作為二元判斷(好/壞、正確/錯誤)的基準,這個判斷基準的準確率有多高」,例如以心跳每分鐘大於 130 次為被嚇到的基準,就可以對收集完的數據做特徵曲線分析,看看心跳每分鐘大於 130 次是否是判斷被嚇到的好基準(怎麼做的可以參考這裡,會需要統計相關的背景知識)。

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以下的圖表,是各年齡層電影與電影院內特定化學物質的特徵曲線下面積(代表該基準判斷正確的比例)的分析結果。

除了二氧化碳和異戊二烯( Isoprene )外,研究人員也使用其他的化學物質來決定到底哪一個精確度底較高 。圖/參考資料 1

實驗者們設定曲線下面積(判斷正確的比例)必須要大於 0.7 (正確率達 70% 以上) 才具有分辨力,其中最明顯的莫過於異戊二烯(Isoprene)了。但是研究人員也發現一個問題,就是FSK16的數據精確度可能因為樣本過少所以差了一大截,所以接下來的分析則是以 FSK0、FSK6 和 FSK12 為主。

另外一次的分析重點則是想要知道:同個年齡分級的電影,會因為電影種類不同而異戊二烯反應有所不一樣嗎?

這裡研究人員挑了場次數量平均、電影種類「相對」比較多元的 FSK6 組來作檢測,這包含被定位為冒險動作片的 《 與恐龍冒險3D 》 以及兩個被定位為喜劇片的《Buddy》和《白日夢冒險王》 。


FSK6底下三部電影的精確度比較 。圖/參考資料 1

從以上的結果圖表可以看出來,3部電影的曲線圖表並沒有太大的差別,表示使用異戊二烯來作分級不會產生與現在分級上的區別,儘管其中混了一個特異的《 與恐龍冒險3D 》,但是這部電影也發生了一個有趣的現象就是他的標準差極大,如果在這個年層分級下多蒐集一點類似種類電影的數據或許會改善。

另外一個研究人員想知道的,是 FSK0 這個全年齡都可以觀賞的電影分級,會不會因為觀眾組成不同讓異戊二烯標準失去準確度呢?會不會因為一大群小朋友和一大群老人看電影相比就有所不一樣?

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由於該電影院針對 12 歲以下小朋友有票價優惠,因此從售票資訊得知觀眾實際的年齡組成其實不難。這次實驗中的兩部 FSK0 電影《 救命!我把老師縮小了! 》和 《 我出去一下 》的觀眾年齡組成也剛好非常不同,前者有高達 64% 的觀眾都是 12 歲以下的小朋友,而後者的觀眾全部都是 12 以上的人。


FSK0 全年齡向電影底下兩部電影的比較。圖/參考資料 1

曲線結果看似有很大的差別,但是實際上兩部電影的曲線下面積都高於設定的 0.7 不少,所以這方面研究者判定沒有影響。

最後,研究者呈現的以下的圖表,表示四個年齡分級電影中,異戊二烯的峰值比較。我們可以看出來從 FSK0 開始到 FSK16 峰值呈現增加的狀態,其中 FSK0 的電影放映中,有非常顯著的較低異戊二烯產生,這可能與電影本身並沒有太多的緊張感有關,而 FSK16 因為樣本數量非常少,看似並沒有比預期還高很多的數質。

每個電影分級異戊二烯的峰值統計 。圖/參考資料 1

整個獲得了搞笑諾貝爾化學獎的研究在這裡畫下了一個句點,我們知道使用異戊二烯來分析全年齡向 FSK0 到 12 歲以下不能觀看的 FSK12 是有它的準確度可以相信的,但目前還缺乏的東西也非常明顯,就是電影的樣本,如果 16 歲和 18 歲以上電影更多的話,他們還可以再增加更準確的分類依據。

如果這個研究持續做下去,可能未來不知道哪一天我們要去買電影票的時候,除了普遍級、限制級的標章,我們還會看到電影票上面寫著「根據看電影時你散發出來的味道,建議 XX 年齡以下不得觀看」,然後如果小朋友想故意闖關看 18+ 的電影,就會有氣味警察帶著儀器把人帶走喔~

參考資料

  1. Proof of concept study: Testing human volatile organic compounds as tools for age classification of films

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Rock Sun
64 篇文章 ・ 960 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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純淨之水的追尋—濾水技術如何改變我們的生活?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/04/17 ・3142字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文與 BRITA 合作,泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎?

如果你回到兩百年前,試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水,可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐,氣味刺鼻,甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」,當時的人們雖然知道水不乾淨,但卻無力改變,導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

十九世紀倫敦泰晤士河的水,被戲稱為「流動的污水」(圖片來源 / freepik)

幸運的是,現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物,但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰,哪些技術真正有效?

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19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展,面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊,甚至未經處理的地下水,導致傳染病肆虐。

1854 年,英國醫生約翰·斯諾(John Snow)透過流行病學調查,發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關,這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度,促使公衛政策改革,加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初,英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒,成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率,這一技術迅速普及,成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾,尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後,惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年,後藤新平出任民政長官,他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設,對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題,他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓(William Kinnimond Burton) 來台,規劃現代化的供水設施。在雙方合作下,台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年,全台已有 16 座現代水廠,有效改善公共衛生,為台灣城市化奠定關鍵基礎。

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圖片來源/BRITA

進入 20 世紀,人們已經可以喝到看起來乾淨的水,但問題真的解決了嗎? 科學家如今發現,水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物,甚至微量的內分泌干擾物,這些看不見、嚐不出的隱形污染,正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此,濾水技術迎來了一波科技革新,活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透(RO)等技術相繼問世,各有其專長:

活性碳吸附:去除氯氣、異味與部分有機污染物

離子交換樹脂:軟化水質,去除鈣鎂離子,減少水垢

微濾技術逆滲透(RO)技術:攔截細菌與部分微生物,過濾重金屬與污染物等

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這些技術相互搭配,能夠大幅提升飲水安全,然而,無論技術如何進步,濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯,決定了水質能否真正被淨化,而現代濾水器的競爭,正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是,最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能?

濾芯的壽命與更換頻率:濾水效能的關鍵時刻濾芯,雖然是濾水器中看不見的內部構件,卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例,其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂,能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質,並過濾鉛、銅等重金屬,同時軟化水質,提升口感。

然而,隨著市場需求的增長,非原廠濾芯也悄然湧現,這不僅影響濾水效果,更可能帶來健康風險。據消費者反映,同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯,顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全,建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯,避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙,正面則可看到 BRITA 商標,以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計,底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節,才能確保濾芯發揮最佳過濾效果,讓每一口水都能保證潔淨安全。

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濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣,並且沒有拉環設計 (圖片來源 / BRITA)

不過,即便是正品濾芯,其效能也非永久不變。隨著使用時間增加,濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞,導致過濾效果減弱,濾水速度也可能變慢。而且,濾芯在拆封後便接觸到空氣,潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯,不僅會影響過濾效能,還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質,形成「過濾器悖論」(Filter Paradox):本應淨化水質的裝置,反而成為污染源。為此,BRITA 建議每四週更換一次濾芯,以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題,BRITA 推出了三大智慧提醒機制,確保濾芯不會因過期使用而影響水質:

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈:即時監測濾芯狀況,顯示剩餘效能,讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒:掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間,自動提醒何時該更換,減少遺漏。

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3. LINE 官方帳號自動通知:透過 LINE 推送更換提醒,確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天,濾芯已不僅僅是過濾裝置,更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備,成為了健康生活的關鍵。

人類對潔淨飲用水的追求,從未停止。19世紀,隨著城市化與工業化發展,水污染問題加劇並引發霍亂等疾病,促使濾水技術迅速發展。20世紀,氯消毒技術普及,進一步保障了水質安全。隨著科技進步,現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術,去除水中的污染物,讓每一口水更加潔淨與安全。

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(圖片來源 / BRITA)

今天,消費者不再單純依賴公共供水系統,而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如,BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求,從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題,去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%,並通過 SGS 檢測,通過國家標準水質檢測「可生飲」,讓消費者能安心直飲。

然而,隨著環境污染問題的加劇,真正的挑戰在於如何減少水污染,並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具,更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備,它象徵著人類與自然的對話,提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利,更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源,且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

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一年有幾週?背後竟隱藏著宗教、政治與天文觀測的紛爭?為何決定一年有幾週如此大費周章?
F 編_96
・2025/01/06 ・3256字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

每到歲末或年初時,大家常會打開新的行事曆,做新一年的計畫。從直覺來看,我們常以「一年有 365 天」或「閏年 366 天」的概念衡量時間。如果將 365 天除以 7(每週 7 天),得到的答案約是 52 週又 1 天;若遇到閏年(366 天),則是 52 週又 2 天。換句話說,無論是一般年還是閏年,一年都不可能整除,剛好 52 週,總要多出 1 或 2 天。

對多數人而言,這種「約 52 週加 1 天」似乎是再自然不過的事。然而,實際上人類在訂定「一年幾天」與「多久閏一次」的規則上,一路走來經歷了漫長探索與爭議。自古以來,不同文明先後採用依太陽或月亮運行週期為基準的曆法;儘管最終各國大多轉而採行以太陽週期為主的格里高利曆(Gregorian calendar),但並非一蹴可幾,而是一段包含宗教、政治、天文觀測的故事。

一年感覺很長,其實也就 52 週(+1 或 +2 天)。 圖/unsplash

從洪荒到曆法:人類如何決定時間單位

追溯人類對時間的測量,可遠至一萬多年前:考古發現顯示,澳洲原住民或新石器時代的部落,便會根據太陽、星象的移動,來推算季節變遷與祭典進行。後來,隨著農業興起,區分一年四季並掌握耕作節氣成了首要需求,日曆的概念亦逐漸成型。

  • 宗教推力:古埃及與蘇美等文明常需要在特定時刻進行祭祀或儀式,故對晝夜長短、月相週期乃至每年太陽位置頗為講究。
  • 日月曆法之爭:有些文明依月亮週期(約 29.5 天)為月數基礎,稱「陰曆」;也有採納太陽年度(約 365 日)稱「陽曆」,或折衷稱「陰陽合曆」。

就週數而言,古人或許更關注「每個月有幾天」與「一年有幾個月」,而非「一年到底可以分成幾週」。然而,週的概念在很多宗教與文化裡同樣重要,如猶太教及後來的基督宗教都強調「七天」一週之體系,用於安息日或祈禱輪替。因此,當今的一年分成「52 週多幾天」,也綜合了宗教傳統與太陽年的計算。

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朱利安曆失準?教宗格里高利的關鍵校正

現行國際普及的格里高利曆,最早源自於古羅馬朱利安曆(Julian calendar)。公元前 46 年,凱撒大帝(Julius Caesar)在天文學家蘇西根尼斯(Sosigenes)建議下,設定一年 365.25 天,並每四年加一天作閏年。看似精妙,但實際上太陽年長度約是 365.2422 天,每年多出的 0.0078 天、也就是大約 11 分鐘,雖然聽來微乎其微,卻在一段世紀之後累積成巨大的誤差。

對天主教而言,耶穌受難與復活日期影響了整年眾多教會節日。若曆法逐漸偏移,像復活節等慶典便逐年脫節了季節原意。至 16 世紀末時,朱利安曆已誤差累積多達 10 天。教宗格里高利十三世遂在 1582 年宣佈大刀闊斧改革:10 月 4 日的次日直接跳到 10 月 15 日,並規定「百年年份如若非 400 整除,則不列為閏年」。如此,將一年的平均時長微調至更貼近 365.2422 天。

一些國家如法國、西班牙和義大利等迅速採納「新曆」,但英國則因宗教立場等因素拖延至 1752 年才肯切換。中國雖在 1912 年起算是「正式認可」,但廣泛實施延至 1929 年。這樣因曆制修整所產生的「失落日子」,在各國各時期都曾引發不小民眾抗議與混亂,但如今我們所熟知的「一年 365(或 366)天、每週 7 天」全球大體一致,正是拜此改革所賜。

教宗格里高利十三世的改革,成了日後我們熟知的「一年 365(或 366)天、每週 7 天」。圖/unsplash

一年是 52 週又幾天?

回到主題:基於現在格里高利曆的「年」長度,一般年 365 天,閏年 366 天。因此只要把 365 ÷ 7 = 52 餘 1,或 366 ÷ 7 = 52 餘 2。這樣看來,52 週是某種近似值,再加上 1 或 2 天則填補了週數的縫隙。有趣的是,人們日常生活中往往不深究這些「多一天」會落在哪裡,反而透過各國法定假期、節日分布或企業排班,來靈活因應。

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不管日曆如何安排,七天一週與太陽一年的 365.2422 天本質上不會整除。因而實際執行層面,才衍生「一月有 4 週多幾天」或「一年 52 週多幾天」。而根據格里高利曆規範,每 4 年遇到 2、6 結尾者時通常加閏日;再以百年刪除閏日,唯獨 400 年倍數的百年不刪。如此 400 年中有 97 個閏年,非 100 次,年均值約 365.2425 天,與真實太陽年極為貼近。

再度修正:米蘭科維奇曆與東正教的調整

與此同時,一些東正教教會或科學家,仍曾嘗試做更精準的校調。例如 1923 年出現的「米蘭科維奇曆」,由塞爾維亞天文學家米蘭科維奇(Milutin Milanković)提出:

  • 改進閏年規則:如果該年不是 100 的倍數,則正常計算;若是 100 的倍數,就得看除以 900 所餘下的數是否為 200 或 600,若是,則跳過閏年。
  • 應用範圍:此一方案被視為更貼近天文年,但只有部分東正教教會接納實施,對全球世俗時間並未產生重大影響。

有趣的是,若米蘭科維奇曆被大規模推廣,平均一年長度會更符合真實太陽年,但世界各國基礎已扎根於格里高利曆,也不太可能再冒然重新改革。畢竟,每次曆改都會使官方紀錄、民間活動和宗教節慶產生協調難題,且大眾的社會慣性早已落實在現行制度裡。

時間計算背後宗教、政治與科學的糾纏

我們眼中的「一年 52 週又 1~2 天」其實是長期政治、宗教、科學交互影響的產物。數世紀以來,不同文明為祭祀、政令或貿易往來而反覆調整曆制;伴隨天文觀測與數學演算的精進,人們才一步步從古老的朱利安曆轉到格里高利曆,避免每年多出一些看似微不足道的分鐘數量,卻逐漸累積成整天的時差。在這些爭論、改革中,週數雖非爭議焦點,但它一同被帶入今日世界,最終定型為「一年 = 52 週 +1(或 2)天」。

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儘管目前的曆法存在些許時差,但已是目前全球通用的計日方式。圖/unsplash

另一方面,有些文化或地區在現代仍維持傳統的陰曆、陰陽曆搭配格里高利曆,如中國農曆可見節氣和月相紀錄;穆斯林世界則使用純陰曆,並以其方法計算齋戒月、開齋節等。全球一體化雖使格里高利曆成為主流,但不代表其他紀年方式就此消失。在各種曆法交錯下,「一週幾天,一年多少週」或許並非普世絕對,卻是人類根植於宗教、科學與經濟行為下逐漸形成的共識。

踏入 21 世紀,隨著全球高度互聯與商業活動頻繁,幾乎所有國際公約、金融市場、交通規劃都以格里高利曆為基準。此種高度一致有利經貿往來與跨國協作,但究其根源,私底下仍有一種「不完美但通用」的妥協性質。時至今日,要再度大規模推行新的曆制(比如米蘭科維奇曆)的機率微乎其微。

也許未來某天?

不管你是否每天翻開行事曆查看日期,或是習慣智慧型手機提醒,在全球主流價值裡,「一年 52 週又 1 或 2 天」已成幾乎不容置疑的常識。

也許未來仍有理論家建議以更精準的曆法取代格里高利曆,讓一年日數更貼合天文常數。然而,歷史經驗告訴我們,此種改革勢必付出巨大社會成本,還要面對全球龐雜的政治協調。最終,我們大概仍會安於現在這個略有瑕疵卻普及度最高的制度,繼續說著「一年有 52 週」,並在每年最後那 1 或 2 天裡,慶祝跨年、增添慶典。

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不論如何,時間的運行永不止息;地球仍舊繞著太陽旋轉,帶給我們四季遞嬗與新的挑戰。或許最重要的並非究竟一年「整除」了多少週,而是我們如何在這既定框架下規劃生活,在有限的時間裡,拓展出新的生活軌跡。

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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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從門得列夫到 118 種元素:元素週期表是怎麼出現的?
F 編_96
・2025/01/04 ・2302字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

「氫鋰鈉鉀銣銫砝、铍鎂鈣鍶鋇镭…」相信很多人離開高中很多年,都還朗朗上口。

列著 118 種已知化學元素的「元素週期表」(Periodic Table),雖然唸起來像咒文,但有了它之後便能夠快速查詢原子序(proton number)、價電子(valence electrons)數量,以及元素可能的化學性質,成為各領域科學家與工程師設計實驗、預測物質反應必不可少的工具。

有趣的是,元素週期表並非一蹴可及。縱觀歷史,化學家們歷經數世紀的摸索、爭論與資料整理,才在 19 世紀後半葉逐漸確立。

我們現在看到的元素週期表,是在 19 世紀後半才逐漸確定。 圖/unsplash

週期表之父:門得列夫的突破

19 世紀中葉,已知的化學元素約有 63 種,許多化學家嘗試找出元素間的共同點,卻苦無系統性整理。當時能區分「金屬」與「非金屬」,或利用價電子概念將一些元素歸類,但要涵蓋大多數元素仍顯不足。俄國化學家門得列夫在撰寫《化學原理》教科書時,因接觸各元素的資料而產生新思路。他索性把已知元素各種性質寫在紙卡上,再一一比對它們的原子量(類似當今的原子量或原子序概念)與化學性質。

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確切的靈光乍現時刻,如今已無從完全重現,但我們知道門得列夫最後觀察到:「如果按照原子量(或後來的原子序)由小到大排列,某些化學性質就會呈週期性重複。」進一步來看,元素的價電子數量通常也會對應到表格的「欄位」或「族群」。於是,在 1869 年,他將研究結果發表,提出了第一版週期表的雛形,更大膽預言了尚未被發現的元素「eka-aluminium」(後來證實即鎵 gallium)及其他四種元素的性質。

讀懂週期表:原子序、符號與原子量

今日的週期表之所以能快速讓人獲得豐富資訊,關鍵在於三個核心欄位:

  1. 原子序(Atomic Number)
    代表該元素核內所含質子數。如果一原子核有 6 顆質子,就必定是碳(C),無論其他中子或電子數如何。此序號由上而下、由左而右遞增,貫穿整張表格。
  2. 元素符號(Atomic Symbol)
    多為一至兩字母縮寫,如碳(C)、氫(H)、氧(O)。但也有如鎢(W,因「Wolfram」得名)或金(Au,取自拉丁文「Aurum」)等較不直覺的符號。
  3. 原子量(Atomic Mass)
    表示該元素在自然界中各同位素的加權平均值,故通常是帶小數的數字。對合成元素則標示最常見或最穩定同位素的質量,但由於這些元素壽命極短,數值往往會被不斷修正。

舉例來說,硒(Se)在週期表中顯示原子序 34,屬於第 4 週期、第 6A 族,表示它有四層電子軌域,其中最外層(價電子層)有 6 顆電子。有了這些資訊,科學家可快速判斷硒的化學傾向、可形成何種化合物,乃至於在生物或工業應用中可能扮演的角色。

週期表的內部結構:週期、族與軌域

門得列夫最初按照原子量遞增排列元素,現代則依靠原子序(即質子數)來分類。橫向稱為「週期」(Period),從第 1 週期到第 7 週期;縱向稱為「族」(Group),目前總共有 18 組。週期數量在於顯示該元素電子軌域有幾層;而同一族則代表外層價電子數相同,故有相似化學性質。

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例如,第 18 族常被稱作「貴氣體」或「惰性氣體」,如氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)等皆不易與其他元素起反應。另一個顯著群體是位於第一族的鹼金屬(Alkali Metals),如鋰(Li)、鈉(Na)等,因外層只有 1 顆電子,極容易失去該電子而形成帶 +1 價的陽離子,故與水猛烈反應。

此外,在表格中央有一塊「過渡元素」(Transition Metals)區域,包括鐵(Fe)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)等。它們具有部分填充的 d 軌域,使得該區域的元素呈現多樣性質,例如具有金屬光澤、可塑性或導電性等,被廣泛應用於工業及工程領域。

同一族的外層價電子數相同,因此大多有著相似化學性質。圖/unsplash

再進化:從 63 種到 118 種

當門得列夫在 1869 年發表週期表時,已知元素只有 63 種,表格中甚至留有空白以預留「未來或存在尚未發現的元素」。他果然預測到了鎵(Ga)以及日後證實的日耳曼ium(Ge)等新元素性質,贏得舉世矚目。隨後,有越來越多元素透過科學發展,尤其是光譜分析與放射性研究而被發現,例如鐳(Ra)和氡(Rn)等。

到 20 世紀後期,隨著粒子加速器的誕生,人類可以合成更重的超鈾元素(Atomic Number > 92)。這些人工合成元素往往極度不穩定,壽命僅能以毫秒或微秒計,但仍證實存在、並填補週期表後段空白。如今,週期表已收錄到第 118 號元素「鿆(Og,Oganesson)」,但科學家預測或許還能繼續向上延伸;只要能合成更重、更穩定的原子核,我們就能拓展週期表的新邊境。

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一般認為,隨原子序遞增,原子核內部的質子數目激增,原子愈趨不穩,往往在極短時間內衰變成較輕元素。然而,一些理論物理學家提出「島狀穩定性」(Island of Stability)的概念:也許在某特定質子與中子數量組合下,能出現意外長壽的「穩定」重元素。

是否真能在表格上方再增添「第八週期」甚至更高週期的列,仍有待更多實驗來驗證。但無法否認的是,週期表一直是科學家檢驗自然規律的試驗場,也見證了人類探索未知的無盡熱情。

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