恭請德前總理梅克爾示範「泡泡認屍法」

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

在火山口的岩漿中、在玻璃工廠的熔爐中，也在居家裝潢的油漆桶中。液體表面的泡泡隨處可見，如果以上都沒見過（編按：到底有多少人會親眼看過火山岩漿啦！）那總該玩過吹泡泡遊戲吧，那你有想過為什麼泡泡會破掉嗎？

泡泡會塌陷過去以為是重力，最新研究發現是表面張力

過去科學家認為，泡泡會塌陷主要因素是「重力」，但最新一期《科學》（Science）期刊上有篇研究指出，我們多年來對這些現象的解釋其實並不正確，其實「表面張力」才是主要原因。

當水面的泡泡破裂，泡泡薄膜的形狀還來不及有任何改變，便已經被兇猛的表面張力拉回水面下，整個過程只需幾毫秒。不過濃稠（黏滯係數高）的泡泡可不一樣，光是破裂可以花費整整 1 秒鐘，過程中還出現奇特的皺褶。

上方動畫中濃稠泡泡是用矽油吹製，其黏滯係數是水的一百萬倍。當泡泡上方被刺破，整顆泡泡像是洩了氣一樣向下塌陷，而破洞的大小卻幾乎維持不變。這項觀察讓過去的物理學家認為，主宰塌陷過程的是向下的地球重力。

把泡泡倒過來，發現塌陷速度沒有比正著放還慢

不過這個結論讓波士頓大學的工程學家詹姆士柏德（James Bird）十分不滿意。為什麼重力只對黏稠的液體才算重要呢？然而用理論打嘴砲誰都會，要在實驗上做出結果來才算數。為此，他設計出了絕妙的驗證方法：把重力倒過來。

矽油的黏稠度夠高，讓實驗團隊能夠把整個容器倒過來，並進行同樣的戳泡泡實驗。如果泡泡塌陷真的是因為被重力向下拉，那麼將重力方向倒過來應該會讓泡泡塌陷的較慢。

可是錄影結果和原本泡泡破裂的過程十分相似：頂端的破洞慢慢打開，泡泡快速向液體表面塌陷。接著，實驗團隊還讓裝置轉了90度，讓重力向泡泡的側邊拉。不論重力指向哪個方向，影像分析的結果都沒有顯著的差異，這表示主宰塌陷過程的並非重力。

原版的重力向下實驗在 20 幾年前就有人做過。「那時候會認為重力是主因其實也情有可原，因為泡泡薄膜被戳破時看起來就像是在下落。」論文的共同作者亞歷山卓奧拉蒂斯（Alexandros Oratis）說道。不過進一步的計算顯示，對一顆直徑 1 公分的泡泡來說，作用在薄膜上的表面張力比重力大了幾十倍，而他們的實驗也證實了這個結果。

泡泡塌陷的皺褶怎麼來的？其實是諸多力量較勁結果

表面張力顧名思義，就是隨時想要讓液體表面繃緊；也就是說，讓液體表面盡量保持在平整的狀態。當泡泡在液體表面形成，表面張力想要將凸起的泡泡薄膜向下拉，這時泡泡內外的氣壓差便負責平衡這股向下的力。如果我們戳破泡泡，造成內外的氣壓相同，泡泡薄膜便向下塌陷。

不過如果表面張力這麼強大，那麼泡泡塌陷的後期為什麼會出現這些皺褶呢？

比起完好的半球狀泡泡，破掉的扁塌泡泡表面積較小。當表面張力快速的將破掉的薄膜往下拉，接近周圍的薄膜受到強烈的壓縮力。如果壓縮力夠大，凌駕了想要把液面拉平的表面張力，便會出現表面的皺褶。小小的泡泡能展現出這麼美麗的物理現象，原來是背後諸多力量相互較勁的綜合結果。

這份研究用「顛覆性」的實驗方法，打破了舊有的認知，登上了《科學》期刊的封面。再度顯示科學家最重要的維生工具不是紙筆或試管，而是源源不絕的好奇心與想像力。

• A new wrinkle on liquid sheets: Turning the mechanism of viscous bubble collapse upside down BY ALEXANDROS T. ORATIS, JOHN W. M. BUSH, HOWARD A. STONE, JAMES C. BIRD
• New Theory Says We’ve Been Wrong About How Bubbles Pop

• 責任編輯：YP

這當然不是最新續集的片名。

《猩球崛起：黎明的進擊》時間背景設定在黑猩猩凱薩的主人（James Franco飾）死後十年，這十年足以讓人猿社群發展出自己的文明。雖然在真實世界中，這個續集電影距離上集《猩球崛起》不過三年光景，在電影科技的世界裡，卻已相當漫長，長到足以發展出高科技繪圖技術，在工作室中創造一片森林、長到足以讓電影公司捨棄高薪的好萊塢巨星，開發新的票房寵兒－－飾演凱薩卻不曾露臉的Andy Serkis。若他走在路上，絕對只會被當成路人讓你走過路過就錯過，因為不同於傳統電影角色的攝影方法，動作捕捉技術（motion capture）用攝影機捕捉了Serkis的動作當做框架，再以電腦繪出虛擬的人猿凱薩。

動作捕捉技術讓電影團隊能創造出非人類角色，如《魔戒》的咕嚕、《阿凡達》的納美人和《猩球崛起》的人猿，也能改變角色的外貌，像是《班傑明的奇幻旅程》中雞皮鶴髮的Brad Pitt。演員在身上的重點部位（不是那三點）裝上反射標籤，精心校準的單色攝影機追蹤這些標籤的動作，再由內嵌的處理器輸出標籤的確切座標到電腦系統，動作標籤的資料會變成數個互相連接的點，以呈現真人演員如何扮演虛擬角色，然後動畫師將動作標籤的資料連結畫面中角色的肩膀、膝蓋跟腳等部位，將動作調整的更像人猿的生理結構。一部動作捕捉電影同時也會大量使用較常見的高解析度攝影機來記錄整個場景，以作為導演和其他工作人員的參考。

一直以來這件極複雜的工作只在工作室或戶外的小小區域完成，因為要小心控制任何會影響追蹤動作標籤的光照、陰影和反射。但是今年暑假檔的《猩球崛起：黎明的進擊》將動作捕捉技術拉到野外，超過85%的電影都在工作室外拍攝，像是在溫哥華附近的森林和紐奧良周邊的戶外場景，因為電影中有2000隻人猿住在類似雨林的環境，這在技術上是個巨大的挑戰。來自紐西蘭電影特效公司Weta Digital的資深視覺效果總監Joe Letteri說：「我們想要深入下雨潮溼的森林，若想要精準的捕捉動作，這完全就是最爛的狀況。」

為求完美，劇組用了約50台動作捕捉攝影機跟八台高解析攝影機，為什麼要這麼多？Letteri解釋，不像在上集《猩球崛起》中大部分被單獨關在籠子裡的人猿，這集的人猿沒有束縛的四處奔跑，畫面看起來相當擁擠，同時有多位演員在樹叢間移動，不時會擋住單獨一台攝影的鏡頭，有了五十台攝影機，不管發生什麼事，至少會有一台攝影機可以捕捉到最多的動作標籤。工作人員將一些攝影機設置在地上偽裝成苔蘚，其他的放在五公尺高、可以支撐數台攝影機的鋁塔上，將每台攝影機裝設支架，固定在環境中的平台。動作捕捉總監Dejan Momcilovic說，他們精心佈置攝影機，在後製時也仔細移除所有攝影機排列的跡象，但還是可能有眼尖的觀眾在某片葉子或苔蘚下發現攝影機的鏡頭。

為配合拍攝，攝影機的擺設必須每天重新設定和校正，工作人員拿著有動作標籤的桿子在演員會經過的場景走來走去，確定每個地方的攝影機都可以捕捉到動作，一陣強風或是有人拔山倒樹而來撞上攝影機支架，都會擾亂攝影機位置，而讓工作人員必須重新校正。在這個氣候裡，攝影機需要妥善的保護，即使隔天還會回到同樣場景，每天拍攝結束後，還是要將整組設備打包帶走，因為機器不能待在潮溼的森林中。

每個演員在臉部點上白色顏料，由頭戴式攝影機記錄表情，身上穿戴48個標籤，因為無法控制戶外的光線，Weta的團隊無法使用標準的反射標籤，雖然他們先前為了《猩球崛起》的小段外景研發出紅外線LED標籤，但這組裝備不能滿足長期拍攝的條件，所以Momcilovic等人在LED外包裝半透明的塑膠，塑膠強度足以抵擋鐵鎚敲擊而保護內部的LED燈，再將這組設備用維可牢固定在演員身上，工作人員可以遙控LED的開關，或是配合環境調整明暗。

身著LED裝同時出現在一個場景的演員人數可高達13人，攝影機的處理器即時分析完影像中標籤位置後，直接傳遞到場邊的伺服器，當工作人員將伺服器帶出森林並連上網，伺服器將動作捕捉資料寄到紐西蘭的Weta工作室，動畫團隊即可開始製作虛擬人猿。

前幾週在加拿大森林的拍攝已經遇到最艱鉅的技術挑戰，之後電腦處理最困難的場景是全電腦繪圖的紐奧良周圍工業環境，Letteri表示，最後的步驟非常繁瑣，畫面中所有的物件都是電腦繪圖產生的，包括夜晚的燈火輝煌、摩天大樓半成品上頭的無數人猿，處理這個環境下的毛髮、肌肉、臉部表情，都需要耗費極大功夫，每個場景大概需要550個核心處理器小時，可想而知，動畫團隊用了一卡車的多核心電腦，通常有200到1000個處理器同時運作，尖峰時刻甚至高達5000個。至於花這麼多心血值得嗎？就有待客官去電影院鑑定了。

延伸閱讀

• 深度攝影機與即時3D建模技術
• 鋼鐵人－東尼的夢幻3D電腦工作室

資料來源：Motion Capture Technology Goes Into the Wild for Dawn of the Plant of the Apes [IEEE, July 10, 2014]