在高空中能接住來自地面射來的子彈嗎？——《如果這樣，會怎樣？ 2》

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

有什麼方法可以開槍讓子彈在空中飛，然後安全的用手接住？比方說，開槍射擊的人在平地，而接住子彈的人在山上，位於射程的最遠處。
——艾德蒙．許（Edmond Hui），倫敦

接住！

「接住子彈」是舞台上的特技，表演者看似接住射擊出來飛到一半的子彈——通常是用牙齒接住的。當然啦，這是錯覺，像那樣接住子彈是不可能的。

但在適當的條件下，你可能接得住子彈，只是要有很多的耐心和運氣。

直直向上射擊的子彈最終會達到最大高度。子彈可能不會完全停止；比較可能的是，它會以每秒若干公尺的速率往旁邊偏移。

如果有人舉槍向上射擊子彈……。

……而你乘著熱氣球在射程範圍的正上方閒晃……

……當子彈飛到最高點時，你伸手出去抓住子彈，這是有可能的。

你不應該做的事情

（清單已更新）

#156,812 吃洗衣膠囊球

#156,813 在雷雨中踩高蹺

#156,814 在加油站放煙火

#156,815 餵你的貓吃「與人類手部形狀質地」一模一樣的零食

#156,816 在間歇泉噴口上方彎腰低頭想要一窺究竟

#156,817（新增！）搭乘熱氣球飛越射程範圍

如果你在子彈弧線的最高點成功抓住子彈，或許你會注意到奇怪的事情：子彈除了很燙之外，還會自旋。

它會失去向上的動量，但不會失去自旋角動量；子彈仍然具有槍管造成的自旋。

當子彈射擊在冰面時，可以很明顯的看到這種效應。正如數十部 YouTube 影片所證實的那樣，我們常發現射進冰中的子彈仍在快速自旋。你必須緊緊抓住子彈，不然它可能會跳出你的手掌心。

如果你沒有熱氣球，在山頂很有機會行得通。加拿大索爾山（Mount ­Thor）的垂直落差有 1,250 公尺。根據「近距離對焦研究」（Close Focus Research）彈道學實驗室的數據，這幾乎剛好是 0.22 長步槍子彈直直向上射擊會飛的高度。

如果你想要用更大的子彈，就需要更大的落差；AK-47 子彈向上射擊可能超過 2 公里。地球上沒有那麼高的垂直懸崖，因此你需要以某個角度發射子彈，結果子彈在弧線頂點會具有顯著的橫向速度。不過，夠硬的棒球手套也許有辦法接住子彈。

其中任何一種情境下，你都必須非常走運。由於子彈的弧線有不確定性，你恐怕必須射擊數千發子彈才能碰巧接個正著。

等到那個時候，你可能會發現自己招來了某些人的關注。

——本文摘自《如果這樣，會怎樣？2：千奇百怪的問題　嚴肅精確的回答》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。

一名婦女在街上，突然被子彈擊中左胸。然而，送往急診後，醫師驚異的發現，子彈卻轉了彎似地在右乳下方被發現¹

輕巧的防彈衣是軍警科技的追求，但目前科技的進展仍有極限。不過世界就是那麼奇妙，其他領域的發展，可能不知不覺解決了這件事了呢～讓我們來認真探討探討關於「防彈義乳」的相關文獻吧！

能讓子彈轉彎的矽膠義乳

故事是這樣的：加拿大醫院急診室裡，醫師們驚奇地檢視著一名槍傷的婦女。患者陳述自己在街上，突然地被一顆子彈擊中左胸。令醫師感到驚訝的是，射入傷口如患者所述，於左乳發現，且射入口有灼傷，代表為近距離開槍（槍口的高溫氣體灼傷皮膚）。讓醫師們想不透的是，如此近距離的槍擊，是非常可能造成重傷的啊！

BUT傷者卻沒有表現出痛苦的反應。那那那…難道子彈轉彎了嗎！？

在 X 光檢查後，赫然發現射入左乳的子彈，居然停留在右乳。由於該婦女曾使用矽膠隆乳，因此醫師取出受損的矽膠義乳，並在左乳發現明顯的子彈穿透軌跡、右乳表面有彈頭造成的損傷（0.40口徑的銅包覆子彈）。

為了判斷子彈是否造成重大傷害，醫師使用 CT 立體建模，驚奇地發現傷者僅有乳房、胸骨的傷害，胸腔並無受傷。

換言之，子彈並未貫穿身體。加拿大醫師在論文中敘述：「如此近距離的槍擊，很可能會穿透整個胸腔。但此例的子彈未在預期的位置。反而偏轉且停留在右前胸。子彈偏斜的唯一可能是左乳的植入物。這個義乳很可能挽救了婦女的生命。」

你以為義乳能抵擋一般手槍就很了不起了嗎？接下來我們來看散彈槍的案例 O.o（國外好恐怖⋯⋯）

讓散彈槍無效化的的矽膠義乳

2014 年的美國田納西州，出現了矽膠義乳抵擋了散彈槍的案例 ²。一名 59 歲婦女向醫師反應她遭到散彈槍擊中兩次。儘管抱怨疼痛，但患者清醒、生命體徵穩定。傷者右胸、腋窩、肩膀、胸腹區域和右下肢有很多傷口，與散彈槍擊一致。而從胸部 X 光影像中可發現，疑似散彈槍彈丸的金屬，停留在她的右乳植入物中。而在移除矽膠義乳後，醫師發現義乳中卡著許多散彈槍的彈丸。

醫師們認為，矽膠義乳很可能保護了傷者。若非此義乳，散彈槍的彈丸很可能會穿透胸腔，對婦女造成更重的傷害。

研究至此你以為科學家就心滿意足了嗎？沒有，他們想實際打打看O.o（科學家也好恐怖⋯⋯）

想知道為什麼嗎？打打看啊

美國的鹽湖城也有類似的案例。34 歲婦女遇到一名想自殺的人，在試圖控制對方時，槍枝走火、短距離地擊中右胸。依據患者提供的情報，以及醫師對傷口的觀察：乳暈傷口是子彈入口，腋窩傷口是子彈出口。然而，奇怪的是傷者的第五肋骨軟骨上，也出現子彈撞擊的傷口。但上述三個傷口卻無法連成直線，顯示子彈曾偏轉了彈道。無獨有偶，此婦女也有義乳，唯一的差別是使用鹽水義乳。

醫師們假設：鹽水義乳可能影響子彈形狀和速度，進而減少傷害。團隊找了 21 塊彈道凝膠（密度、質地近似人體，常用於刑事或其他研究），放上鹽水義乳後，用手槍進行射擊。

結果發現，無義乳保護的彈道凝膠，11 次射擊、9 次貫穿。而有鹽水義乳的保護時，11次射擊、0次貫穿。而以穿透深度而言，有鹽水義乳保護的穿透深度明顯較短（31.9 cm 對 40.2 cm，p <0.001）。

而子彈在進入軟組織時，前端會逐漸變形、碎裂（如下圖）。彈頭一邊變形、一邊穿透肉體的過程，會造成身體裡巨大的創口。從下圖可發現，無義乳保護下，凝膠的前半段子彈路徑（前12公分），有較大的破壞區域，顯示出較大的破壞力。研究團隊推論，鹽水義乳對子彈產生衝擊，提前將彈頭鈍化、蘑菇狀化，因此減低了破壞力，更有效地減少約 20% 的穿透深度。

不論是矽膠或是鹽水義乳，都展現了有趣的防彈能力。科學的世界，真的處處充滿驚奇呢～ >w<

參考文獻

1.  Giancarlo McEvenue, MD, Anastasia Oikonomou, MD, Noah Ditkofsky, MD, Joan Lipa, MD (2020) Life-Saving Silicone Breast Implant After Firearm Injury: Case Report and Treatment Recommendations. Plastic Surgery Case Studies. DOI: 10.1177/2513826X19898821
2.  Rosen, Heather MD, MPH; Brzezienski, Mark MD; Higdon, Kent Kihyet MD (2014) Silicone Breast Implants Can Save Lives. Plastic and Reconstructive Surgery. DOI: 10.1097/GOX.0000000000000065
3. Christopher J. Pannucci, M.D., M.S.; Adam J. Cyr, Ph.D.; Neal G. Moores, M.D.; Jason B. Young, M.D.; and Martin Szegedi, Ph.D. (2017) A Ballistics Examination of Firearm Injuries Involving Breast Implants. Journal of Forensic Sciences. DOI: 10.1111/1556-4029.13589

有什麼方法可以開槍讓子彈在空中飛，然後安全的用手接住？

比方說，開槍射擊的人在平地，而接住子彈的人在山上，位於射程的最遠處。

—艾德蒙．許（Edmond Hui），倫敦

接住子彈有可能嗎？

「接住子彈」是舞台上的特技，表演者看似接住射擊出來飛到一半的子彈—通常是用牙齒接住的。當然啦，這是錯覺，像那樣接住子彈是不可能的。

但在適當的條件下，你可能接得住子彈，只是要有很多的耐心和運氣。

直直向上射擊的子彈最終會達到最大高度。子彈可能不會完全停止；比較可能的是，它會以每秒若干公尺的速率往旁邊偏移。

如果有人舉槍向上射擊子彈……

……而你乘著熱氣球在射程範圍的正上方閒晃……

……當子彈飛到最高點時，你伸手出去抓住子彈，這是有可能的。

高空中子彈的運動軌跡

如果你在子彈弧線的最高點成功抓住子彈，或許你會注意到奇怪的事情：子彈除了很燙之外，還會自旋。它會失去向上的動量，但不會失去自旋角動量；子彈仍然具有槍管造成的自旋。

當子彈射擊在冰面時，可以很明顯的看到這種效應。正如數十部 YouTube 影片所證實的那樣，我們常發現射進冰中的子彈仍在快速自旋。你必須緊緊抓住子彈，不然它可能會跳出你的手掌心。

如果你沒有熱氣球，在山頂很有機會行得通。加拿大索爾山（Mount Th­or）的垂直落差有 1,250 公尺。根據「近距離對焦研究」（Close Focus Research）彈道學實驗室的數據，這幾乎剛好是 0.22 長步槍子彈直直向上射擊會飛的高度。

如果你想要用更大的子彈，就需要更大的落差；AK – 47 子彈向上射擊可能超過 2 公里。地球上沒有那麼高的垂直懸崖，因此你需要以某個角度發射子彈，結果子彈在弧線頂點會具有顯著的橫向速度。不過，夠硬的棒球手套也許有辦法接住子彈。

其中任何一種情境下，你都必須非常走運。由於子彈的弧線有不確定性，你恐怕必須射擊數千發子彈才能碰巧接個正著。

等到那個時候，你可能會發現自己招來了某些人的關注。

——本文摘自《如果這樣，會怎樣？ 2：千奇百怪的問題　嚴肅精確的回答》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。