傅科擺（西元1851年）

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

日本位於東九時區，時間比我們早一小時，所以飛機降落東京，第一個動作就是將手錶撥快一小時。

我們 4 月 20 日在橫濱上船，當晚離開橫濱。23 日，《船內新聞》發佈調整時差的消息：「今晚臨睡前，或即將進入深夜 12 點時，請將手錶、時鐘調慢一小時。」這意味著我們進入東八時區了。

時區的劃分——和地球自轉有關，但各國不一定遵守

由於地球自轉，不同經度的國家，日出、日落的時間不同，這就是時差。在農業社會，世界各地各自訂定自己的時間。十九世紀隨著長途鐵路運輸的發展，有人提議劃分時區。1883 年，美國鐵路部門正式將美國東岸到西岸劃分為五個時區。1884 年召開的華盛頓國際經度會議，通過時區劃分，從此有了時區。

時區怎麼劃分呢？以通過英國格林威治天文台的經線（本初子午線）為零度，向東為東經，向西為西經，東西經於 180 度相遇。劃分時區時，從經線零度向東或向西，每十五度為一個時區，亦即相差一小時。從經線零度到 180 度，跨越十二個時區。我們台灣位於東八區，就是經線零度以東的第八個時區。

我們搭乘的郵輪 4 月 23 日抵達香港，30 日晨抵達新加坡，根據《船內新聞》，當天日出時間為 6 時 51 分，日出得好晚啊。查看新加坡所在的時區，位於東七區，可是我們並沒調慢一小時啊！5 月 2 日晨，抵達檳城，日出時間為 7 時 06 分，更晚了，依然沒調時間。這是怎麼回事？

原來各國的時間，並不一定遵照時區。舉例來說，中國大陸跨越五個時區，但全國都以北京時間（東八區）為準。新加坡位於東七區，馬來西亞也有一部份位於東七區，卻與北京時間一致。從世界時區圖來看，類似的情形還真不少呢。

缺了一天的報紙——跨過換日線，日子居然會憑空消失？

5 月 2 日夜晚 9 時許離開檳城。5 月 3 日《船內新聞》標頭下有一反白專欄：｢時差調整日」，今夜 12 時，將時鐘調慢一小時。早餐時桌上也放著提醒調整時差的標示。這是離開日本後第二次調整時差。由於一路往西，此後不時收到調整時差的通知。6 月 7 日船到紐約（位於西五區）時，已和台北時間（東八區）相差了整整十二個小時。

6 月 19 日，通過巴拿馬運河進入太平洋。27 日抵達復活節島。6 月 7 日抵達大溪地。一再調整時差自不在話下。7 月 10 日，《船內新聞》標頭下有一反白專欄：「因為跨越換日線，明日的日期將變更為 12 日。」11 日平空消失了！

這消失了的一天還有個小插曲。環球之旅 8 月 1 日結束，7 月 31 日整理《船內新聞》，預備返台後釘成一冊，怎麼找都找不到 7 月 11 日的。當我們找遍每一處可能的地方時，才猛然想起來，7 月 11 日因跨越換日線而消失了嘛，哪來的這天的《船內新聞》！

我們從東一路往西，所以跨越國際換日線增加一日。如果從西一路往東呢？跨越國際換日線就會減少一日。世界名著《環遊世界八十天》的最後翻盤，就是因為他們一路往東，跨越換日線時減少了一天。如果您沒看過這部世界名著，就讓我簡單的介紹一下吧。

一路向東，最終完成一場賭注：《環遊世界八十天》

英國有位名叫福克的紳士，家境富有，為某俱樂部會員。福克以兩萬英鎊與俱樂部同仁打賭，可在八十天內環遊世界，於是帶著法籍僕人帕斯巴德踏上征途。主僕二人從倫敦啟程，七天後到達蘇伊士運河，遇到英國刑警費克斯。費克斯認為福克與倫敦的一宗銀行劫案有關，於是緊隨福克主僕，並試圖阻撓他們的行程。

接著他們以十三天時間來到孟買，搭火車前往加爾各達，鐵路中斷了一段，福克買了一頭大象，穿越叢林時救出被迫殉夫的王妃娥妲。福克一行再次搭上火車，到達加爾各達全程耗時五天。從加爾各達啟航，十三天後到達香港。

費克斯見拘捕令遲遲未到，於是在碼頭附近酒館將帕斯巴德灌醉，並讓他吸鴉片，致使帕斯巴德昏睡三小時後，迷迷糊糊地被抬上船，因而未能通知主人船隻提早啟航的事。福克只好雇了艘快艇送他到上海，輾轉到了橫濱，花了他六天時間。

在日本，福克和帕斯巴德重逢，兩人帶著娥妲繼續上路，利用二十二天到達舊金山，再轉乘火車前往紐約。途中遇到野牛群擋路、印地安人搶劫火車，和印地安人槍戰時，帕斯巴德被俘。等到救出帕斯巴德，火車已經開走，只好雇用風帆雪橇，在雪原上又遇到狼群。一共花了七天才到達紐約。

然而從紐約到英國的船已開船，福克毅然搭上一艘開往法國波爾多的船，並強迫船主將船駛向利物浦。渡過英吉利海峽，抵達利物浦，卻被費克斯逮捕，扣押幾個小時後證實無罪開釋。

從利物浦搭火車回到倫敦，發覺已經超過時限，這時帕斯巴德卻發現他們提早一天回到倫敦，因為他們一路往東，越過國際換日線減少了一天。福克娶娥妲為妻，並贏得兩萬英鎊。

如果天空少了月亮？文學家應該會很難過，音樂家會少了創作的題材，沒有中秋節就少了月餅，也沒有烤肉。不過夜晚少了一個大光害，天文學家絕對會很高興！

如果沒有月亮，阿姆斯壯和另外 11 名阿波羅太空人也就無法登陸月球。人類少了探索月球的寶貴經驗，要直接踏上其他行星表面（例如火星），難度會高許多，甚至變得不可能！

沒有月亮就沒有月全食，哥倫布回不了家

月食是月球進入地球影子的現象，如果少了月球，月食自然不會發生。月全食發生時，月亮會變成紅色，血紅色的月全食看起來相當怪異，不知所以的人會心生恐懼，以為發生不好的事。

哥倫布一生中從歐洲航行到美洲四次，最後一次差點回不了歐洲，還好哥倫布的天文知識，讓他們順利回到歐洲。

這個故事發生在 1503 年 6 月 30 日，哥倫布抵達牙買加。牙買加的原住民一開始很歡迎歐洲來的客人，不過六個月後，哥倫布的水手跟原住民之間出現衝突，原住民不再提供食物給哥倫布一行人。少了食物的補給，哥倫布和他的水手可能會被困在牙買加，無法順利返回歐洲。

哥倫布從天文日曆上知道當地在 1504 年 2 月 29 日會發生月全食，所以他在月全食發生前就警告原住民，如果原住民再不提供食物，天上的神會生氣，把月亮變成紅色。

一開始半信半疑的原住民，看到天上的月亮變成紅色後，嚇得趕緊請哥倫布轉告天神，他們會再提供食物給哥倫布。哥倫布一行人就在月亮的神助攻下，解除危機。

沒有月亮，潮汐變小

地球上的潮起潮落主要是月球繞地球運行造成的，一般的情況下，各地的兩次潮汐週期會等於兩次月球東昇的時間間隔。

太陽也會影響地球的潮汐，不過對地球的潮汐力只有月球的 46%。如果沒有月球的話，造成地球潮起潮落就只剩下太陽，滿潮和乾潮的幅度就會變小。

月球對地球產生的潮汐，會讓地球愈轉愈慢。數十億年前，地球剛形成時，地球自轉的速度比現在快許多。因為月球的潮汐力，讓地球自轉的速度，漸漸變慢，慢到現在的一天 24 小時。如果沒有月球，地球的一天（自轉一天的時間）可能不到十小時！

少了月亮，地球左搖右晃

月球就像是走鋼索的人手上握的平衡桿，讓地球自轉軸保持穩定。如果少了月球這個平衡桿，地球自轉軸左搖右晃的幅度就會變大！

目前地球自轉軸相對於公轉平面的傾斜角是 23.4 度，這個傾角的變化幅度不大，大約在 22.1 度和 24.5 度之間。這樣傾角讓太陽直射地球的位置在北回歸線和南回歸線間移動，讓地球出現四季變化。

如果沒有月球，地球的自轉軸變動的幅度就會變大，自轉軸的變動會對我們有什麼樣的影響？假設兩個極端的例子，地球的自轉軸傾角是 0 度和 90 度。

如果地球傾角是 0度，太陽永遠直射赤道，地球上不會有北回和南回歸線，地球不再有四季變化。

如果地球傾角是 90 度，太陽直射的區域會從北極到南極，也就是北回歸線位在北緯 90 度（也就是北極點），而南回歸線在南緯 90 度（南極點）。這種情況下，地球四季變化會非常劇烈，北半球夏天時，北極不會結冰，溫度比現在還高，南半球冰凍的區域比現在還大，這種極端氣候絕對不利現在地球上生物的生存。

月球替地球擋下的那些子彈

用望遠鏡看月球，會發現月球上有許多坑洞，這些坑洞幾乎都是隕石撞擊後形成的隕石坑，表示月球在早期受到許多的撞擊。如果少了月球擋下這些隕石，這些隕石可能就會撞上地球。

隕石撞擊對地球的影響很大。6600 萬年前，一顆 10 公里左右的隕石撞擊地球，造成恐龍滅絕。恐龍滅絕後，哺乳類才能興起，人類才有機會出現在地球上。

那些沒有被月球擋下的隕石，如果撞上地球，可能會改變地球物種的演化，人類說不定就不會出現在地球！

最後，沒有月亮最大的好處，可能是不再有星期一！英文字 Monday 這個字是從月亮 Moon 來的，沒有月亮Moon 就不會有 Monday。沒有 Monday，就不再有憂鬱星期一（Monday blue）了！（鴕鳥心態無誤）