【2022 搞笑諾貝爾物理獎】小鴨游泳為什麼要排成一排？母鴨身後的「加速相位」推著小鴨走

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。

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？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

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。

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

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。

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。

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。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

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。

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

搞笑諾貝爾獎每年都是新的開始，2023 年也不例外。今年「第 33 次第一屆搞笑諾貝爾獎」頒發十個獎項，「化學與地質獎」以看似獵奇的舔石頭博取不少眼球，不過得主揚．扎拉謝維奇（ Jan Zalasiewicz）的文章中，其實還提到另一件知名的歷史公案。

1951 年晚宴真相，竟然是海龜湯？！圖／americanoceans

文學史上用味覺帶出情節，最知名的案例之一是普魯斯特的小說《追憶似水年華》開頭，由瑪德蓮的味道切入，接著進入意識的海洋游泳。扎拉謝維奇的文章開頭，也從品嚐岩石的味道切入，自由切換不同的題材。

地質學家為什麼要舔石頭？《舌頭、石頭，迸出新滋味？科學家為什麼要舔石頭？——2023 搞笑諾貝爾獎》一文有精簡介紹。最主要的理由是，缺乏現代儀器之際，舌頭可謂方便的化學感應器，能提供有用的資訊。

• 延伸閱讀：舌頭、石頭，迸出新滋味？科學家為什麼要舔石頭？——2023 搞笑諾貝爾獎

當然，即使有了現代儀器，舌頭還是很方便的工具。

處於意識流科學史中，扎拉謝維奇的文章從舌頭感應器，十分合理地切換到一場宴會。那場 1951 年的晚宴中，據說提供猛獁象肉製作的餐點。

這場晚宴由美國的「探險俱樂部（The Explorers Club）」舉行，主辦方宣稱當天有道菜，來自已經滅絕的動物大地懶（Megatherium）。但是幾天後有報紙披露，宴會中的奇珍異獸不是大地懶，而是來自阿留申群島，25 萬年久遠的猛獁象！

1951 年保存至今的晚餐。圖／取自 參考資料3

奇妙的是，當天的餐點竟然有少量樣本被保留至今。當時沒有參加的豪威斯（Paul Griswold Howes）寫信要到一份樣本，一直保存到他去世為止。後來樣本輾轉來到耶魯大學的皮博迪自然史博物館（Yale Peabody Museum）。

那一餐到底是大地懶，還是猛獁象呢？2014 年，耶魯大學的研究生葛拉斯（Jessica Glass）等人成功由樣本中取得 DNA，結果在 2016 年發表。比對之下相當明顯，答案是綠蠵龜。

現今綠蠵龜是保育類動物，合法的狀況下沒有機會吃到。然而 1951 年那個時候，綠蠵龜尚未面臨滅團威脅，仍然是普遍的食材。

區區綠蠵龜製成的海龜湯，當然無法彰顯晚宴的尊絕不凡。不過俱樂部宣稱的大地懶，怎麼又會變成猛獁象？

最可疑的是當天在場的俱樂部成員尼可斯（Herbert Bishop Nichols），他也是基督科學箴言報（The Christian Science Monitor）的科學編輯。可考的記錄中，他第一個對外提出相關描述，後來被視為吃猛獁象的證據。

海龜湯的幾位相關人猿。(A) 據說將食材從北極帶回的極區探險家 Father Bernard Rosecrans Hubbard。(B) 極區探險家 George Francis Kosco。(C) 晚宴主辦人 Wendell Phillips Dodge。(D) 保存樣本的 Paul Griswold Howes。圖／取自 參考資料3

如果真的是那道菜的材料，那麼狀況就是：俱樂部用綠蠵龜做菜，宣稱是大地懶，報紙以訛傳訛寫成猛獁象。

「吃猛獁象」之類的傳聞，雖然不是嚴謹的科學，卻因為有噱頭而容易引人注目。作為沒多少負面影響的玩笑，也沒有人想要特別澄清。使得這類事件的真相，往往不了了之。

儘管沒有特別獲得搞笑諾貝爾獎關注，對於這道海龜湯的追根究底，倒是相當符合搞笑諾貝爾獎的精神。

海龜湯以後，扎拉謝維奇的文章意識又跳躍到另一種已經滅團的生物：貨幣蟲（Nummulites）。許多古生物，當初也是其他古生物的食物。儘管擁有堅硬的外殼保護，貨幣蟲這種生物依然有機會成為美食。

1912 年的時候，英國古生物學家庫克派崔克（Randolph Kirkpatrick）提出一個觀點：地球有一段時間存在非常大量的貨幣蟲，後來它們變成稱為「貨幣球（Nummulosphere）」的地層，是地殼岩石的源頭。

看起來很搞笑，可是庫克派崔克是認真的。所以他即使生在現代，應該也沒有獲得搞笑諾貝爾獎的機會。

2023 年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮影片（化學與地質獎從 10:18 開始）：

延伸閱讀

• 【2023 年搞笑諾貝爾獎快訊】10 項怪奇獲獎研究出爐
• 探險家到底吃了猛瑪象、大地懶，還是…？
• 猛獁旅行家，1.71萬年前旅行將近2圈地球

參考資料

1. The 33rd First Annual Ig Nobel Prizes
2. Eating fossils
3. Was Frozen Mammoth or Giant Ground Sloth Served for Dinner at The Explorers Club?
4. Mammoth meat was never served at 1950s New York dinner, says researcher

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。

一年一度、讓你廢到笑出來的搞笑諾貝爾獎，今年在美東時間 9 月 14 日下午 6 點準時直播。

今年的主題為「水」，這次 10 項獲獎都或多或少與「水」有關（但大部分是口水），現在就快讓我們一起來看看今年的得獎快訊，並一起期待後續的個別研究報導吧～

化學和地質獎：為什麼地質學家與古生物學家會舔化石

這是一封說明「過去」地質學家與古生物學家，為什麼會有舔化石習慣的「快訊」（發表在期刊上，但被歸類為快訊），這封快訊說了幾個故事，其中最讓我印象深刻的，是「義大利地質之父」的喬瓦尼·阿爾杜伊諾（Giovanni Arduino，1714-1795）用自己的舌頭「品嚐」這些化石，分類出可能是史上第一個「地質時期」

故事的亮點是引用了喬瓦尼·阿爾杜伊諾的研究紀錄，看起來就像是個美食家在品嚐化石。

• 原文研究： “Eating Fossils,” Jan Zalasiewicz, The Paleontological Association Newsletter, no. 96, November 2017.  palass.org/publications/newsletter/eating-fossils 

文學獎：重複寫字，直到感覺不對勁

A 編小學時，曾被老師罰抄生字 100 遍，寫到一半突然懷疑這個字是不是這樣寫，趕緊回頭看前面寫的字，還把課本翻出來看才確定自己沒有寫錯。

上述的情境，稱為「猶昧感」（Jamais Vu），「猶昧感」是「既視感」（Deja Vu）的反義詞，描述人們對熟悉的事物，突然感到陌生，也是這篇論文主要探討的主題。

這研究的笑點在於他的實驗，他們讓受試者一直重複寫同一個字，跟小學被老師罰抄生字一樣。

實驗中，約有三分之二的受試者體驗到「猶昧感」，這些受試者大約在重複 30 次或一分鐘後開始感到異狀。另外，研究也發現平常越容易發生「既視感」的人，也更容易發生「猶昧感」，未來「猶昧感」的相關研究，可能會加深我們對「既視感」的理解。

• 原文研究： “The The The The Induction of Jamais Vu in the Laboratory: Word Alienation and Semantic Satiation,” Chris J. A. Moulin, Nicole Bell, Merita Turunen, Arina Baharin, and Akira R. O’Connor, Memory, vol. 29, no. 7, 2021, pp. 933-942.  doi.org/10.1080/09658211.2020.1727519

機械工程獎：死靈機器蜘蛛

會招喚骷髏或操縱屍體的死靈法師稱為 Necromancer，而科學家再次中二病發作，把用液壓操控的蜘蛛屍體，稱作 Necrorobotics 死靈機器。

我跟同事討論這種死靈機器，算不算是一種仿生科技？他覺得是，我覺得不是，你們覺得呢？

• 原文研究：“Necrobotics: Biotic Materials as Ready-to-Use Actuators,” Te Faye Yap, Zhen Liu, Anoop Rajappan, Trevor J. Shimokusu, and Daniel J. Preston, Advanced Science, vol. 9, no. 29, 2022, article 2201174.  doi.org/10.1002/advs.202201174

公共醫學獎：斯坦福馬桶

恩，就是接上各種感應器的物聯網馬桶，能即時檢測使用者的糞便與尿液。這東西最酷的是能「肛門辨識」，只要坐到馬桶上，斯坦福馬桶就能透過肛門的型態，辨識出使用者！

因為這個獎項，我才知道原來每個人的肛門都長得不一樣……謝謝你，搞笑諾貝爾獎。

• 原文研究：
  •  “A Mountable Toilet System for Personalized Health Monitoring via the Analysis of Excreta,” Seung-min Park, Daeyoun D. Won, Brian J. Lee, Diego Escobedo, Andre Esteva, Amin Aalipour, T. Jessie Ge, et al., Nature Biomedical Engineering, vol. 4, no. 6, 2020, pp. 624-635.  doi.org/10.1038/s41551-020-0534-9
  • “Digital Biomarkers in Human Excreta,” Seung-min Park, T. Jessie Ge, Daeyoun D. Won, Jong Kyun Lee, and Joseph C. Liao, Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology, vol. 18, no. 8, 2021, pp. 521-522.  doi.org/10.1038/s41575-021-00462-0
  • “Smart Toilets for Monitoring COVID-19 Surges: Passive Diagnostics and Public Health,” T. Jessie Ge, Carmel T. Chan, Brian J. Lee, Joseph C. Liao, and Seung-min Park, NPJ Digital Medicine, vol. 5, no. 1, 2022, article 39.  doi.org/10.1038/s41746-022-00582-0
  • “Passive Monitoring by Smart Toilets for Precision Health,” T. Jessie Ge, Vasiliki Nataly Rahimzadeh, Kevin Mintz, Walter G. Park, Nicole Martinez-Martin, Joseph C. Liao, and Seung-min Park, Science Translational Medicine, vol. 15, no. 681, 2023, article eabk3489.  doi.org/10.1126/scitranslmed.abk3489

傳播獎：嗎話說著倒能你？

趣有超也獎學播傳，心擔別，的常正是來過反來起看子句得覺在現你！

你有試過快速把彩虹的顏色順序倒著背，或是把你說話中的每個名詞都倒過來講嗎？大家都知道這超難，但這份研究中的兩位受試著確有著超強「顛倒單字或語句」的能力。

研究對象以西班牙語為母語，他們能在對話中輕鬆地將 banana 念成 ananab，或是將「 basket is fun」念成「nuf si teksab」。研究著重在這兩位有著特殊能力的人，推理、記憶能力是否優於常人，以及大腦灰質、白質比例與一般人（對照組）是否有差別。

大腦如何組織語言一直都是個有趣的研究題目，像是為什麼中文的序順不會響影到閱讀，這也是 A 編跟大家都一樣好奇的。而了解大腦語言是如何形成的，也能推進對於失語症、癡呆症的症狀研究。

• 原文研究：“Neurocognitive Signatures of Phonemic Sequencing in Expert Backward Speakers,” María José Torres-Prioris, Diana López-Barroso, Estela Càmara, Sol Fittipaldi, Lucas Sedeño, Agustín Ibáñez, Marcelo L. Berthier, and Adolfo M. García, Scientific Reports, vol. 10, no. 10621, 2020.  doi.org/10.1038/s41598-020-67551-z

醫學獎：屍體兩個鼻孔的鼻毛數量是否一致？

俗稱鬼剃頭的「圓禿」（Alopecia areata）不只會頭髮脫落，同時睫毛、眉毛與鼻毛也會脫落，其中，鼻毛脫落會增加得到過敏、呼吸道感染的機率。

由於鼻毛的相關研究非常少，為此，研究者調查 20 具「遺體」的鼻毛數量與長度，並收集相關病史、死往原因…等數據，來評估正常人的鼻毛數量與長度。研究結果顯示，平均每個鼻孔的鼻毛數量約為 120~122 根，左右鼻孔並沒有顯著差異，鼻毛平均長度大約是 1 公分。

• 原文研究：“The Quantification and Measurement of Nasal Hairs in a Cadaveric Population,” Christine Pham, Bobak Hedayati, Kiana Hashemi, Ella Csuka, Margit Juhasz, and Natasha Atanaskova Mesinkovska, Journal of The American Academy of Dermatology, vol. 83, no. 6, 2020, pp. AB202-AB202.  doi.org/10.1016/j.jaad.2020.06.902

營養獎：電流有一股「電味」

日本明治大學教授宮下芳明 （Homei Miyashita）與他的團隊，發現在筷子與吸管上附加微弱電流，會改變食物的味道。

他們發現微弱電流刺激舌頭時，會產生一股「電味」（論文上寫 Electric taste，你說我要怎麼翻比較好） 。這股「電味」味道如何呢？基本上沒有味道（不能啟動味覺細胞），但如果有其他味道存在，例如鹹味（氯化鈉）或鮮味（麩胺酸鈉），電味會讓食物吃起來更鹹或更鮮。

接著，他們發明了連著電線的通電筷子與吸管（看起像整人玩具），證明了通電筷子與吸管確實能在不改變食物味道的情況下，讓人們吃進更少的鹽跟味精。

• 原文研究：“Augmented Gustation Using Electricity,” Hiromi Nakamura and Homei Miyashita, Proceedings of the 2nd Augmented Human International Conference, March 2011, article 34.  doi.org/10.1145/1959826.1959860

教育獎：系統性研究課堂上感覺無聊的學生與老師

你覺得上課無聊嗎？多半人都會問答「是」，而這系列研究仔細分析了為什麼上課無聊，且越來越無聊的原因。

你可能會想：「那不就是老師上課很無聊啊，老師不有趣阿。」我只能說你們這樣太沒同理心了，搞不好老師也在想：「教你們真無聊！」

所以，研究者第一個想探討的問題是：「老師如果覺得無聊，會不會讓學生也覺得無聊。」先說結論，不會。

雖然學生不會刻意去了解老師的心情。但如果學生明確感受到老師很無聊，像是死氣沉沉地念課文，學生就會覺得這堂課更無聊，進而影響學習動機與學習成效。某種程度上，研究還是印證了「老師不有趣覺得無聊」這件事，但老師是否在強顏歡笑，這就不得而知了。

另一個問題則是：「是不是想著上課很無聊，就會覺得更無聊？」沒錯，的確是這樣！只要上課前預期這堂課很無聊，那這堂課就會比你預期的還要更無聊！

• 原文研究：
  • “Boredom Begets Boredom: An Experience Sampling Study on the Impact of Teacher Boredom on Student Boredom and Motivation,” Katy Y.Y. Tam, Cyanea Y. S. Poon, Victoria K.Y. Hui, Christy Y. F. Wong, Vivian W.Y. Kwong, Gigi W.C. Yuen, Christian S. Chan, British Journal of Educational Psychology, vol. 90, no. S1, June 2020, pp. 124-137.  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31342514/
  • “Whatever Will Bore, Will Bore: The Mere Anticipation of Boredom Exacerbates its Occurrence in Lectures,” Katy Y.Y. Tam, Wijnand A.P. Van Tilburg, Christian S. Chan, British Journal of Educational Psychology, epub 2022.   doi.org/10.1111/bjep.12549

心理學獎：你會跟著抬頭看天空嗎？

他們到底在看什麼？眼前一群人停下腳步抬頭看著上方，你一定會跟著將視線移向相同的地方，看看他們到底在看什麼。

沒錯，這就是著名的從眾效應，或稱做群聚效應、羊群效應。這個1969年進行的經典實驗，應該很多人也聽說過。Stanley Milgram、Leonard Bickman、Lawrence Berkowitz 三人組，在紐約的街道上測試要有多少人同時往上看，才能吸引其他人也駐足湊熱鬧。

這個實驗能得獎感覺毫不意外，甚至覺得怎麼現在才得獎！

群聚效應引響甚遠，因為整個社會的運作都養類人與人之間的互動與連結。不管是跟風買東西、參與熱鬧的大型活動、政治意識型態的抉擇等等，都能看到群聚效應影響著人們的身影。

大家都有可能是羊群裡面的羊。

• 原文研究：“Note on the Drawing Power of Crowds of Different Size,” Stanley Milgram, Leonard Bickman, and Lawrence Berkowitz, Journal of Personality and Social Psychology, vol. 13, no. 2, 1969, pp. 79-82. psycnet.apa.org/doi/10.1037/h0028070

物理學獎：一群鯷魚能影響海流？

一隻拍翅膀的蝴蝶能讓海的對面產生颶風，那一群在海中游泳的鯷魚呢？他們可能直接影響了洋流與海面的大氣流動。

如果要計算颱風能量或是海洋鹽分的變化，我們通常會考慮海面風速與氣壓，要不然就是洋流、海溫和密度的垂直梯度等等。但這份研究發現，我們或許忽視了大海居民造成的影響。

研究發現只要到了鯷魚的產卵季，當天晚上海面附近海水的垂直混合程度會增加10~100倍。也就是這群游動的小魚們，像是攪拌棒一樣攪混了上層海洋，程度相當於地球物理現象造成的影響，對海溫與營養鹽分布的作用可能比我們想像的還大。

• 原文研究： “Intense Upper Ocean Mixing Due to Large Aggregations of Spawning Fish,” Bieito Fernández Castro, Marian Peña, Enrique Nogueira, Miguel Gilcoto, Esperanza Broullón, Antonio Comesaña, Damien Bouffard, Alberto C. Naveira Garabato, and Beatriz Mouriño-Carballido, Nature Geoscience, vol. 15, 2022, pp. 287–292.  doi.org/10.1038/s41561-022-00916-3

• 撰文／劉詠鯤

本文轉載自 CASE 科學報《鴨子游泳為什麼要排成一排？》

在湖邊散步時，有時會看到鴨子家族在水中遨遊。若是仔細觀察，會發現小鴨們並不僅僅是跟在母鴨的後面，而是以整齊的隊列前進著。是鴨子們的家教甚嚴，還是背後有什麼其他的原因驅使牠們這樣做呢？

生物特殊的行為，背後通常都有其獨特的意義，才會在漫長的演化中被保留下來。如果被問到小鴨子為什麼要緊跟在母鴨後面游泳，我們腦中可能冒出數個解釋：也許是母鴨可以保護小鴨？或形成隊列可以幫助小鴨們省力？…等。

自行車競賽中，騎手們會形成一個隊伍，第一位選手負責破風，使得後方的選手可以受到較小的空氣阻力，節省力氣；大雁在長距離遷徙時，也會形成 V 字形，讓後方的雁可以較為省力。我們不難想像，小鴨子跟在母鴨後方游泳，很有可能也是為了省力。這個猜測在經過研究者測量後，得到了證實。但是為什麼鴨子是形成直排，而雁則是 V 字型；若是可以省力，又可以節省多少力呢？這些問題在 9 月流體力學領域著名的《流體力學期刊》中出現的一篇論文，研究者藉由簡化的數學模型，進行了詳細的研究。

首先，鴨子游泳和自行車、大雁等運動，有一個明顯的差異：後兩者的運動是發生在空氣中，而鴨子們則是在「空氣-水」交界面。當母鴨在水中游動時，會在後方形成水波，就如同一艘船行駛時，後方會出現的「尾波」。小鴨子們藉由處在水波的正確位置，便有機會獲得向前的推力，大幅減少跟上母鴨需要耗費的能量。因此若是要在腦中進行類比，比起腳踏車騎士，小鴨子們其實更像是在衝浪！

「衝浪」的鴨子們

接下來，讓我們看看母鴨子引起的水波，是如何幫助小鴨子們省力前進的。要能省力，代表小鴨子會受到一個向前推的力，因此，我們從鴨子在水中受到的作用力來開始分析。圖一（a）是一隻鴨子在靜止水面所受到的力。在水中主要力的來源是水壓力，它會與水深成正比，且方向垂直於物體的表面。我們可以看到，對於一隻對稱的鴨子來說，此時受力前後抵銷，只留下一個向上的力，也就是水給鴨子的浮力。那如果鴨子遇到水波時會如何呢？圖一（b）、（c）分別對應到鴨子處於水波不同的位置，我們可以發現，在（b）中，除了向上的浮力，還有一個向後的拉力，也就是此時水波傾向阻止鴨子前進；在（c）中，情況則相反，合力向前，會給予鴨子向前的推力。因此，當領頭的母鴨在水中前進時，會在後方形成水波，如果小鴨子們可以處在水波中正確的「加速相位」（如 c 的情況），那不就可以搭上這個「順波車」了嗎！

從上述描述，我們了解到「加速相位」的存在，與領頭鴨子產生的波關係十分密切。因此，我們先來了解一下，一個物體在水中運動時，會在那些地方產生波動。

讀者們坐船或是看到水中移動的物體時，可能也有留意過。以一艘船為例，形成的波大致上可以被分為兩個區域：在前方以及側邊的船首波（又稱弓形波，Bow Waves），以及船後的尾波（Wake）（如圖二）。因此加速相位其實不只存在母鴨的後方，小鴨也可以乘上前方或側邊的波浪。但這兩個位置，有各自的問題：首先，在側邊的波由於左右不對稱，因此小鴨子在這裡受到的力，除了前後方向，還會有左右的作用力，使得小鴨子容易被推離出合適的加速位置；在前方雖然沒有左右的作用力，但由於只有在非常靠近母鴨的位置，才有水波的產生，因此小鴨必須非常靠近母鴨才有辦法享受到省力的效果，再加上生物傾向於將幼體保護於成熟個體後方的習性，母鴨前方也不是個好位置。綜合以上考量之下，小鴨們最適合的選項便是母鴨正後方的波了！

研究者藉由電腦模擬計算發現，在母鴨後方的第一個加速相位效果最好，和自己游泳相比，除了原本受到的水阻力可以被完全抵消，還能夠獲得額外約 60% 的推力。距離母鴨愈遠的位置，由於水波的振幅逐漸減小，因此加速的效果會逐漸降低。那會不會排在最後面的小鴨子，就非常吃虧呢？研究者發現排在前頭的小鴨子，並不只是躺著享受向前的推力，牠們在水中運動會產生的水波和母鴨的水波疊加在一起，綜合起來的效果便可以幫助母鴨將產生的波動「傳遞下去」，如此形成一個整齊的鴨子隊列！

有趣的是，本篇論文的作者中有著不少船舶工程的專家，在論文結尾處提到本研究對於船體的省力設計也許能激發不同的創意。大自然經過了數十億年的演化，形成了許多看起來「理所當然」的現象，但這其中其實藏有非常多值得人類學習的巧思與創意，等著我們更深入的探索。

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• [1] Here’s the physics of why ducklings swim in a row behind their mother.
• [2] Zhi-Ming Yuan, et. al., J. Fluid Mech. 928, R2, 2021. “Wave-riding and wave-passing by ducklings in formation swimming.”