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【成語科學】海市蜃樓:「空中樓閣」和「沙漠綠洲」其實是不同的成像原理!

張之傑_96
・2023/07/14 ・1746字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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西元前 108 年,司馬遷成為史官,決定寫一部縱貫古今的史書。10 年後,他因故觸怒了漢武帝,遭到宮刑,羞憤之餘,更加努力,大約在西元前 91 年,也就是他 55 歲那年,完成了曠世巨著《史記》。

《史記》約 60 萬字,當時還沒有紙,是用竹簡寫的,這是多麼大的工程啊!《史記》的內容,由本紀、表、書、世家、列傳等 5 部份構成。本紀、世家和列傳,都是人物傳記。表是年表。書的內容較雜,「天官書」以記載天象為主,其中有段話,大意是說,海中有種巨蛤(蜃),牠吐出的氣,會化為樓台、宮殿等景象。成語「海市蜃樓」和「空中樓閣」,就是從這段話演變而來的。

古人早已意識到,海市蜃樓是虛幻的,人們便用來比喻虛幻的事物。讓我們造兩個句吧。

他的想法虛幻不實,宛如海市蜃樓,根本無法實現。

我們築夢吧,即使是海市蜃樓,空歡喜一場又有何妨。

話題回到《史記》天官書的那段話,海市蜃樓果真是海中巨蛤吐氣形成的嗎?當然不是,它是個光學現象,稱為蜃景

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沙漠綠洲

冷空氣的密度較大,折射率也較大。當地面空氣的溫度和高空空氣的溫度差異甚大,光線從暖空氣層進入冷空氣層產生折射,就會出現景物的倒影。在沙漠地區,白天地面曬得很熱,最容易產生這種現象。由於看到的是景物的倒影,所以稱為下蜃景

「下蜃景」的成像原理。當大氣垂直方向的溫度差異很大,且「上冷下暖」時,由於冷空氣折射率較暖空氣大,光線由冷空氣進入暖空氣時會向冷空氣的方向偏折,最終光線會彎曲形成「凹向上」的軌跡(如圖中 b),大腦收到光線後,視覺皮層會將光線解讀成直線前進抵達眼睛(如圖中 c),產生地面上的倒影。圖/維基百科
在春天的莫哈維沙漠出現的「下蜃景」,路面上的「假水」,實際上是地面上方的「藍天」折射到地面的鏡像。圖/維基百科

許多沙漠探險的書中都說,探險家看到倒垂的樹影,還以為遠處有座湖泊呢!其實是下蜃景。夏季在空曠的高速公路上,常會看到遠處水汪汪一片,其實是折射到地面上的藍天,這是最常見的下蜃景。

空中樓閣

如果地面空氣較高空空氣的溫度低,會不會產生海市蜃樓現象?會的。海水的溫度較為恆定,即使夏日炎炎,也不容易曬熱。如果有冷水流過,水溫更低。下層空氣受到水溫的影響,有時溫度會比上層的空氣低,形成下冷上暖的反常現象。這時如因折射產生蜃景,會高出海面一些,所以稱為上蜃景

上蜃景(左)與下蜃景(右)的成像原理比較。上蜃景中,空氣「上暖下冷」,由上方暖空氣層進入下方冷空氣層的光線,會往冷空氣側偏折,光線最終形成彎曲且「凹向下」的軌跡(如左圖 1)。光線進入眼睛後,被大腦解讀成直線前進,產生空中的成像(如左圖 2)。圖/wikimedia
在日本富山縣魚津市拍攝到的「上蜃景」,原本地平線下的景物,被折射到地平線上方。圖/維基百科

海市蜃樓和地理位置、氣象條件等多種因素有關。近海岸處的海市蜃樓,通常出現在平靜無風的夏季。就全中國來說,山東蓬萊可能是出現最多的地方。2008 年 6 月 14 日在蓬萊所拍的一張照片,海面上浮現出當地名勝蓬萊閣的蜃景。注意看,它是不是較海平面高出一些?

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山東省蓬萊市海面拍攝到的上蜃景。圖/維基百科
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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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【成語科學】「如膠似漆」到底是什麼膠、什麼漆?
張之傑_96
・2025/09/26 ・1267字 ・閱讀時間約 2 分鐘

如膠似漆,是個常見的成語。字面的意思是,像膠或漆一般,緊密地黏合在一起;用來比喻感情堅固,或友誼密切。讓我們造兩個句吧。

這對情侶如膠似漆,整天形影不離。

這幾個人如膠似漆,天天膩在一起。

圖/AI 生成

談起膠,我們想到的可能是膠水、三秒膠、強力膠、白膠等等;談起漆,我們想到的可能是油漆、防鏽漆、水泥漆、洋乾漆等等。這些我們常用的膠和漆,除了洋乾漆,都是化學合成的。洋乾漆既然加上個「洋」字,可見也是外來之物。

那麼成語「如膠似漆」所說的膠和漆是什麼?先說膠,古人使用的膠,全都取自動物,如骨膠、皮膠、魚鳔膠等。骨膠用牲畜的骨骼熬製,皮膠主要用牛皮熬製,魚鳔膠主要用石首魚科的魚鳔曬乾後熬製。這些膠的主要成份都是膠原蛋白。

那麼這些動物膠用在哪些地方呢?譬如,製墨,是將煙料調和上牛皮膠,再加上香料,用模型塑成長方形,乾涸後就成為墨了。畫膠彩畫,用來調和礦物顏料的,主要是骨膠或皮膠。

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古時木匠蓋房子或製作家具,使用榫卯,不用釘子,但接榫處還是要上膠,這樣才能密合。魚鳔膠,由於產量少,通常用來製作高貴家具。將曬乾的魚鳔,加水熬煮,熬成濃汁時,就可用來填充榫卯空隙。

魚標膠也稱作「花膠」,由大型海魚的魚標提煉出來的白色膠狀物體,是中國傳統的名貴食材,目前還能在乾貨店找到。圖/Wikipeida

魚鳔膠還有個重要用處,就是造船。魚鰾膠因為耐水、耐低溫,最適合木船的榫卯黏接。關於膠和造船,有個歷史掌故不能不提。西元前 977 年,周昭王親自率軍南征楚國,或許楚國暗中用計,所徵調的民船,是用膠黏合的,船到中流,在波濤衝擊下,膠溶化了,船體破散,結果全軍覆沒,連周昭王都淹死了。

談完膠,再談漆。古人所說的漆,來自漆樹。將漆樹的樹幹切個切口,下方放塊竹片,讓漆樹流出的樹脂,沿著竹片流進木桶。這些樹脂就是「生漆」。生漆呈黑色,將生漆一層層塗在家具上,或竹、木胎器皿上,乾涸後經過打磨,就成為精美的漆器。

生漆經過日曬、攪拌,脱去部分水份,顏色變成紫紅色或深褐色,成為熟漆。熟漆中如加入顏料,可製成各種色漆,譬如加入朱砂,就成為朱漆。漆器主要有黑色和紅色兩種,前者主要是生漆,後者主要是熟漆。

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漆器源自新石器時代,1978 年在浙江河姆渡文化遺址,出土距今 7000 年的木碗,經化學鑑定,塗料屬於天然漆。其後歷經夏商周三代,到漢代已相當發達,唐宋更加成熟,並逐漸發展出各種工藝。譬如在漆層上雕刻,稱為「雕漆」。在漆器上鑲嵌貝殼,稱為「螺鈿」。在器物上敷上一層麻布、塗一層漆,如此反覆,稱為「夾紵」。

大約隋、唐時期(6-8 世紀),漆器工藝經由朝鮮半島傳到日本。日本人很重視漆器,近代已青出於藍,人們提起漆器,首先會想到日本,不大會想到中國。

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【成語科學】聞雞起舞:勤奮背後的生理時鐘
張之傑_96
・2025/07/05 ・1494字 ・閱讀時間約 3 分鐘

晉朝分為西晉和東晉兩個階段。西晉末期,二十來歲的祖逖和劉琨,在京城洛陽當個小官,兩人是很要好的朋友。當時內憂外患不斷,兩人都有大志,一心報效國家。

祖逖和劉琨經常住在一起,天將亮時,一聽到雞叫聲,就起來舞劍,希望能文能武。這就是成語「聞雞起舞」的由來。因此聞雞起舞,比喻勤奮向上、努力不懈。

晉朝祖逖劉琨聞雞鳴,共舞劍,立志勤奮。後世也以聞雞起舞,形容一個人勤奮、努力不懈。圖 / unsplash

西元 311 年,匈奴人攻入洛陽,北方大亂。317 年,琅琊王司馬睿(晉元帝)在建康(今南京)即位,史稱東晉。在這之前,史稱西晉。當北方陷入混亂時,祖逖率領一批人南下,輔佐晉元帝,封為鎮西將軍。劉琨留在北方抗擊異族,做到都督。兩人都發揮了各自的文韜武略。

談到這裡,該造兩個句了:

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我們要有光明的前程,就要學習聞雞起舞的精神,勤奮學習。

他天一亮,就起來鍛鍊身體,這種聞雞起舞的精神令人欽佩。

接下去要談談這個成語的科學意涵了。公雞之所以在破曉時啼叫,主要是「生物鐘」的關係。生物的生長和作息,都有一定的規律,這就是生物鐘。譬如牽牛花都是早上開花,蟋蟀傍晚後才會鳴叫,類似的例子不勝枚舉。

公雞呢?脊椎動物的大腦與小腦間,有個內分泌器官,叫做松果腺。晝行性動物,到了晚上松果腺會分泌褪黑激素,讓動物安然入睡。天亮時受到光線的刺激,褪黑激素分泌減少,動物就會醒來。公雞對光線的變化特別敏感,破曉時的微弱光線變化,也會讓牠醒過來,昂首啼叫。人們聽到公雞叫聲,就知道天要亮了。

公雞的大腦裡有松果腺,能感受破曉的微光變化,天一亮就減少褪黑激素分泌,牠便會醒過來,昂首啼叫。圖 / unsplash

公雞一般在天剛亮時啼叫,夏天在四、五點鐘,冬天在五、六點鐘。在沒有鐘錶的時代,公雞報曉是人們的重要時間指標。章老師小時候家裡沒有鐘錶,主要靠公雞啼叫,和固定時間前來叫賣的小販吆喝聲,知道大概是什麼時候了。

那麼,公雞醒來為什麼啼叫?雞是一種群居性動物,每個群體由一隻強壯威武的公雞當領袖。啼叫主要是宣示領域,也就是告訴其他雞群,這個地盤是我的,你們不要進來。

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因此,破曉時一隻公雞啼叫,附近的公雞就會跟著啼叫,都是宣示領域的意思。既然公雞啼叫是一種領域行為,所以公雞白天也會啼叫。小朋友,你到動物園的兒童動物區遊玩,聽過大白天公雞啼叫嗎?

寫到這裡,還有點空間,順便介紹另一個成語——擊楫中流。祖逖率軍北伐,渡過長江,船到中流時,他慷慨激昂的擊打著船槳,立誓恢復中原。這個成語用來比喻:成就一件事的決心和激情。

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