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科學怎麼搞:神秘的旋轉雕像

YTLai_96
・2013/07/03 ・6590字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 485 ・五年級

圖片來自 happytreefriends.wikia.com

根據新聞報導(這裡這裡),最近在英國的曼徹司特博物館裡證實了有這麼一個『會轉身』的雕像。從雕像80年前入館之後,這個雕像似乎都沒有人碰過(80年來展館沒有整修展品動線沒有調整也太厲害),但是最近卻開始從正面向外轉為背面向外,彷彿是在賭氣一般。又博物館館員表示,他是唯一一個有鑰匙可以打開上鎖展示櫃的人,因此不可能是其他館員的惡作劇。當他第一次發現雕像轉身了之後,他打開了展示櫃,把雕像轉回正面後鎖上展示櫃,但是過沒兩天,這雕像又轉身了。於是他再一次的把雕像轉回正面,並且富有科學精神地架設了相機,以縮時攝影的方式揭露了這個神秘雕像真的會自己轉動,而不是空穴來風。

這下好了,既然已經證實了雕像會自己轉動,那麼接下來的問題就是『為什麼』雕像會轉動。博物館員言之鑿鑿,認為必定是因為雕像被下了詛咒,因此有了超自然的能力得以轉動。但是另一方面,也有人提出科學解釋,認為是人群走動的震動讓雕像旋轉。公說公有理婆說婆有理,那到底誰是對的呢?

這一次,科學怎麼搞吃了熊心豹子膽,想要從科學的角度瞭解可能被詛咒的雕像旋轉的箇中緣由。

你或許還記得,詳細的觀察是科學態度和方法不可或缺的第一步。所以讓我們再看一次影片,而且如果你願意的話,你可以跟我一起逐格檢視。

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在反覆逐格的檢視雕像轉動模式以及四周環境的變化之後,我們可以把這些因素都畫成下面這個圖:

箭頭與刻度為24小時制的時間,白色區塊與黑色漸層區塊分別是展示櫃開燈與關燈的時段,人影所佔區塊為群眾來參觀的時段,而紅色陰影覆蓋部分則是雕像旋轉的時段。

從圖上來看,你可以看到幾個我觀察到並且認為重要的變因,他們分別是時間(白天黑夜)光照(開燈關燈)、以及人群走動(有/無)。簡單來說,我的想法是,先不管背後的機制是什麼,雕像轉或不轉,可能是受到這些變因(之一或數個)的影響。而當我們有了這一次旋轉現象的精確觀察與記錄,把這些變因狀態和雕像旋轉與否擺在一起,其實就可以看到一些蛛絲馬跡了。

首先,這雕像其實並不是像新聞裡頭所說的『只有在白天人來人往的時候才會轉動,晚上關館了就不動了』,反而是『有時候人都還沒來的時候卻早早就開始轉,有時候人都走光了燈都滅了還在轉』。而既然雕像旋轉的開始和結束時間不固定,和光照與否的狀態也不同步,跟營運狀態也不一致(根據博物館網頁,博物館營運時間是每天十點到下午五點),那麼這幾個變因應該就不是讓雕像轉動的因素。而新聞中所提到的人群走動的震動讓雕像旋轉,因為每天有人參觀的時間都一樣,但是雕像卻不只在有觀眾的時候才轉動,於是也很不幸的被排除了。

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這下好了,所有觀察到的變因都似乎不是導致雕像轉動的原因,難道這雕像真的是因為詛咒而轉動嗎?

當然不是。

首先,我們要拿出科學家面對實驗沒結果的常見藉口理由:樣本數太少。的確,在這個雕像轉動的事件中,我們只有這一次雕像轉動的記錄,真的要據此斬釘截鐵的說哪些因素相關或無關,實在是站不住腳。比較好的狀況,應該是我們要重複這個觀察,也就是像這一次的錄影一樣,讓雕像從面對觀眾轉到面壁不動,然後再把雕像擺回正面。如果能夠拿到這樣的錄影記錄十幾二十次,並且把每一次的狀況都做成上面那樣的示意圖,那麼,到底是哪些變因影響雕像轉動,或許才可以說得斬釘截鐵一點。

另外,根據這次的錄影,雕像從星期二(4/2)開始旋轉,到星期六(4/6)晚上就停了,星期日和星期一(4/7,8)兩天這雕像是絲毫不動。無論是巧合或是故意,這錄影的其間剛好就是一個星期,因此我們無從判斷雕像到底是只會轉到面壁為止而且過程需要五天左右,還是雕像其實是只在星期二到六轉,然後剛好這次轉到面壁就暫停,過了星期日和星期一之後又會開始轉。

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所以,如果能夠重複觀察雕像旋轉過程的話,還得要在不同的週日期(也就是星期幾)把雕像復原然後開始整個觀察,這樣才能確定雕像到底是會不斷的轉圈圈但只轉星期二到六所以這次剛好只拍到雕像轉半圈就停了,還是雕像其實就是只會轉到面壁就停然後過程大概需要五天這樣。換句話說,就是確定雕像的旋轉與週日期(星期幾)到底有沒有關係(也就是雕像旋轉是不是以七天為週期)。

圖片來自http://www.myniceprofile.com/days-week-55913.html

當然,從這次的縮時攝影來看,因為照片的時間間隔都是固定8分鐘(除了第一天的前半小時,也就是0832-0900這段時間的照片間隔是4分鐘以外),我們可以藉此判斷旋轉的速度並且推敲一番。很明顯的,雕像的旋轉速度時快時慢不太平均,同樣是轉了大略45度,從面對觀眾開始到面對牆壁的四個45度所需的時間分別是(大約)11、15、10、以及27小時,也就是說接近面對牆壁的時候轉的速度明顯慢了許多。我們當然可以猜測,雕像是因為轉到面壁就會停止,所以接近面壁的時候旋轉速度就會慢下來。但是,真的想要做出這樣的聲明,無論如何都需要更多的重複和記錄,否則的話,誰敢保證雕像面牆的時候轉速漸慢,不是因為在放假日(星期日&一)之前的星期六就是要轉得比較慢?

總之,等到我們幸運地可以拿到這麼十幾二十個雕像旋轉的影片記錄之後,我們當然就可以更清楚的看出雕像之所以旋轉到底和時間、星期幾、光照、或人群走動有沒有關係。根據這麼多的重複觀察,我們很可能可以幾乎斷定某個因素絕對就是或不是雕像旋轉的原因,但是如果可以以實驗來證明當然更好。所以,下面這些就是我想像的簡單實驗方法,以及根據目前唯一的雕像旋轉影片記錄所推測的實驗結果。

如果雕像轉動是跟時間(幾點到幾點)有關,那麼姑且不論雕像到底是怎麼感應時間的(內建原子鐘或化學反應鐘?),在我們不可能改變時間前進快慢(如果雕像轉動與絕對時間有關)也無法瞬間移動(如果雕像轉動與時區時間有關)的狀態下,唯一可行的確認方法就只有不斷觀察然後推論了。但是,因為這個影片中雕像已經不是在特定時候開始或停止旋轉,而且星期日和星期一也不動如山,要說雕像是感應時間而每天固定從幾點到幾點轉動,我認為幾乎是不可能的。

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如果雕像轉動是跟週日期(星期幾)有關,那麼姑且不論雕像到底是怎麼感應週日期的(四千多年前的古埃及有一週的曆法結構嗎?),在我們沒有瞬間移動能力的前提下(即使瞬間移動也只能改變一天的週日期啊),以不同週日期開始的觀察記錄應該是唯一的確認方法。而我猜想,無論背後的機制是什麼,雕像要能夠感應週日期,而且只在星期二到六之間旋轉,實在是機會渺茫。

不過,雖然我認為上述兩種假說的可能性很低,但是如果兩者是同時存在的話反而很有機會。也就是說,如果雕像轉動其實跟週日期和時間都有關係,一如往常的姑且不論背後的機制為何,那麼藉著不斷的、從不同週日期開始的觀察記錄,無論雕像到底是只會轉到面壁還是會不斷轉圈圈,應該都會看到雕像遵循著『星期二猴子肚子餓0800-2000、星期三0600-2400、星期四0500-2000….』這樣以星期為週期的時間表在轉動著。

而如果雕像轉動是跟光照(開燈關燈)有關,姑且不論雕像感光旋轉的機制(內建太陽能電池?)是什麼,這實驗方式總之很簡單。我們只要在每天正常的開燈關燈時段丟銅板,決定這個時段展示櫃裡的燈光開或關。也就是說,這雕像會經歷該開燈就開燈、該開燈卻關燈、該關燈卻開燈、該關燈就關燈這四種狀況,然後我們就來看看雕像是不是也跟著燈亮旋轉,甚至在燈關了以後還餘韻猶存繼續轉個幾小時(就像是上圖中關燈還繼續轉那樣)了。而我認為,從現有的影片看來,雕像轉動跟光照應該是沒啥關係。

又如果雕像轉動是跟人群走動(有/無)有關,姑且也不論這背後的機制是什麼(打卡上下班或人來瘋?或者是像物理專家說的一樣人群走動造成震動使得雕像底部跟玻璃展桌差微滑動),實驗方式也頗為簡單。我們只要藉由改變人群動線,讓雕像所在的展區經歷正常的有開館有人來和有開館沒人來,就也可以得到結果了。而我認為,從現有的影片逐格檢視看來,雕像轉動跟人群走動應該也是沒啥關係。

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目前為止,我們從影片中觀察到的變因都討論過了。你應該可以看得出來,即使我們眼下只有一個影片可以觀察,我也沒有真的去做我想像的這些實驗,但是我的確認為,這雕像的轉動與日週期的時間無關(所以不會固定每天幾點到幾點轉動)、與新聞裡的專家所說『因為人群走動造成雕像震動』也應該無關(不然的話應該有人的時候才會轉沒人就不會轉)、當然也應該與光照無關(關了燈還會轉很久就是強而有力的否證)。不過,我認為雕像倒是有可能會有以七天為週期的旋轉規律,也就是雕像會固定在星期幾的某時段旋轉。然後,無論雕像旋轉有沒有七天的週期,我猜想雕像應該是像影片裡頭一樣,轉到面壁就會停止,而不會繼續轉下去。

看到這裡,你可能已經有點不耐煩了。畢竟通篇都是我想,什麼時候輪到你想?這雕像就是在80年的安然無事之後,最近卻開始轉了起來。就算我們真的重複了幾十次的觀察,還做了這些想像實驗,無論發現雕像轉到面壁就停止或可以轉一整圈也好,旋轉時間毫無規律或是有七天的週期也罷,還是沒有回答雕像為什麼轉了起來啊不是嗎?

是的,所以我又要開始我的鍵盤柯南科男推理,並且以另一系列的想像實驗來證明了。

圖片來自http://f90274.pixnet.net/blog/post/28662975-柯南猜謎十題

根據我們僅有的這個旋轉縮時影片,我的確是認為展場光照或人群走動跟雕像旋轉並沒有關係。之所以要設想實驗來證明,是為了要嚴謹的排除這兩個變因的可能性。至於,為什麼我對於雕像旋轉的時段和星期幾那麼在意,在設想實驗之後也不敢排除雕像旋轉有七天週期,以及固定在星期幾的特定時段轉動的可能性,再加上我不時的點出雕像也許是轉到面壁就停止或者是其實可以繼續轉一整圈,都是因為我有一個不一樣的雕像旋轉假說。

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簡單的說,我的假說就是一連串的巧合讓雕像轉了起來。(先別噓,聽我說完)這些巧合分別是:雕像的因素(形狀、材質、表面紋理與重心)、展示櫃的因素(玻璃展面、傾斜程度)、以及外來的能量提供(但絕對不是詛咒或外星人,很抱歉)。

從影片看來,這雕像是由石頭刻成的。根據新聞所說,這是一種叫做蛇紋石的材質,看來除了頗為光滑之外,應該也很沉。而,因為這雕像整體呈個L型,加上對比起底座部分那高聳厚重的直立雕像,我猜想重心或許不會太穩,也因此重心的位置可能偏向底座的前端以增加穩定度(不然雕像很容易往後仰吧?而這個圖片也證實了我的猜測:雕像底座前端的確比較厚),甚至也可能有偏左或偏右(我猜是偏左)。當時的打磨技術想來不會太好,所以底座的底面可能不是精確的平面,因此放在光滑的玻璃表面上可能會只有某些部分與展桌接觸,而不是整個平面與展桌貼合。

而展示櫃裡頭的桌面既然是片玻璃,必定是光滑而少有摩擦力。從影片看來這展示櫃又是靠牆,也許水平就有點抓的不好,靠牆部分可能稍低了點。甚至,也可能是這雕像座落的部分就是特別的向牆面傾斜。

一直以來,如果真如館員所說,這雕像一直都放在這個展示櫃沒有移動過,那麼在沒有外力的影響下,這雕像也就靠著本身的重量和偏歪重心提供的堪可穩定度,以幾個部分而非整個底面跟展示櫃底部的玻璃接觸,相安無事地過了幾十年。

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但是,最近應該出現了前所未有的外力傳達到雕像上。因為雕像處在密閉展示櫃中,從影片上也看不到什麼特別的線索,所以我猜想應該是影片中看不見的震動。這震動或許低頻,但是震幅應該不小,而且絕對不是由人群走動所導致,不然雕像就應該只在有人的時候才會旋轉。我猜想,這震動是來自於博物館內最近更新的硬體(例如說新冷氣或是新管線或是新發電機)、或者是館外的硬體工程(例如附近在蓋房子修馬路)造成的。館員們或許對這樣的震動幾乎無感,但是在展示櫃裡面本來就站得如履薄冰的雕像,就因為這個震動而開始搖晃,展示櫃或許因為共振而讓震幅更大,加上本來可能就稍微偏斜的重心,以及水平也許沒抓好、稍斜向牆壁的玻璃展面,於是便開始旋轉了起來。當震動存在的時候就轉,震動停止的時候就不轉,一直到雕像轉到『穩定』的狀態為止—也就是面對牆壁,偏斜的重心直指低處並且正好座落在低處的位置。

也因此,我認為這雕像應該不是剛好轉到面壁被暫停且之後還可以繼續轉,而是面壁才是雕像待在展示櫃中那個地點的最穩定狀態,在這個雕像有重心偏移、玻璃展面也有些微傾斜的前提底下,無論是從星期幾開始,不管要花多久時間,這雕像就是會轉到面壁就停止。這時候,雕像旋轉到底有沒有七天的週期,就不是那麼重要。但是,如果事實是玻璃展面沒有傾斜、雕像也沒有重心偏移的話,那麼照理說雕像就應該沒有所謂的最穩定狀態而會一直轉下去。這時候,影片中雕像面壁就不轉了,很可能就只是旋轉週期中週日週一雕像不轉的巧合。於是,七天循環的雕像旋轉週期就會成為唯一的『雕像面壁就停止』的原因,也因此事關緊要。

而這要怎麼實驗證明呢?

如果要從簡單的開始,那就先用水平儀測量展示櫃的玻璃表面是不是向牆面稍微傾斜,如果是,那麼藉著調整玻璃展面的水平與否,就可以測試這是不是導致雕像轉動的因素之一。但如果玻璃展面沒有傾斜,那…就算了。

另外,在展示櫃裡的玻璃展面上,也可以裝上震動測量器,以監測雕像是不是總在震動出現的時候轉動,並且瞭解震動的形式和震幅。同時,也可以藉由仔細的觀察,看看雕像旋轉的時候兩個表面之間到底是怎麼樣互動的,得到更多的線索。等到觀察告一段落,有點線索(例如知道雕像底面跟玻璃展面的接觸狀況、或是在震動時的互動方式)之後,我們也可以藉著改變展面材質(例如在雕像底下放塊壓克力板或墊張紙)、改變底面與展面的接觸方式(例如加個小架子把雕像側稍稍架高)、或是改變底面和展面的互動方式(例如加個小棉花團或墊塊布吸收震動吃掉空間)等等,來一一確認展示櫃裡的各個因素對雕像旋轉的影響力有多大。

還有,藉著清查雕像開始旋轉的前夕,博物館內外到底有什麼改變,也可能可以找到震動的來源。也許博物館換了冷氣、管線、發電機、或是有哪個格局改變,因此出現了原本不存在的震動源,導致雕像開始旋轉。也可能是館外的工程、修繕、大樓照明、發電機、挖馬路等等傳來的震動,讓雕像轉了起來。總之,一旦找到可疑的震動源,藉著比對震動源的運轉時段、展示櫃裡震動感測器收到的數值、以及雕像旋轉的有無,應該也就可以確定是不是讓雕像旋轉的原因。需要的話,還可以藉著開關震動源(或是說服工地停工),來證實雕像轉動的動力源頭是不是真的來自於此。

照理說,實驗做到這裡應該就可以真相大白打完收工了。但是如果你剛好很閒又很有錢,而且博物館也願意配合的話,其實你也可以好好的測量雕像,在精確量測雕像的尺寸、形狀、重量、材質、重心位置、底面紋理與摩擦力之後,複製出一座擁有相同性質的仿造雕像,以及幾個各只有一個性質不同(例如重心位置、底部紋理、底部平面程度、底面材質等)的A貨雕像。然後拿這些雕像來狸貓換太子,放到原本雕像的展示櫃中,趁著有震動的時候測試到底雕像的哪個性質是轉動不可或缺的重要因子。或者是另外起個玻璃平台,依照玻璃展面的傾斜角度架好,把仿造的雕像放上去,然後接上自製的震動源,依照之前記錄到的震動形式和震幅製造相同的震動,看看是不是能完美重現雕像旋轉的現象。

圖片來自http://big5.china.com.cn/aboutchina/zhuanti/sdfm/2009-01/21/content_17163868.htm

不過啊,落落長的寫到這裡。我突然想到,這雕像最近開始旋轉還有另一個可能,那就是這雕像在最近變成了指南針,所以就開始自己轉向南方了這樣。這個如果要確認當然簡單,就是測量一下雕像的磁性就可以。但是,這下又回到了原本的問題上:本來沒有磁性的,為什麼最近就出現磁性了呢?

再寫另外一系列實驗恐怕會要我的命,我看就當他是木乃伊的詛咒好了。囧興…

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YTLai_96
51 篇文章 ・ 32 位粉絲
也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

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今年跨年該怎麼過?參考一下古埃及人如何慶祝新年
F 編_96
・2024/12/31 ・3339字 ・閱讀時間約 6 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

每逢歲末年初,現代人常以煙火、聚餐與跨年派對迎接新一年的到來;然而,放眼千年以前,古埃及人同樣懷抱著對來年的期盼,也有一系列獨特的慶典活動。表面上看來,他們慶祝的初衷與我們類似:感謝神祇、期盼豐收、送禮祝福親友。然而,古埃及文明在地理與文化方面都有獨到之處,使其新年慶祝方式結合了狩獵、宗教崇拜與曆法運作等多元特色。

在古埃及,所謂「新年」所對應的詞彙是「Wepet Renpet」,意指「一年的開端」。相較於現代的公曆新年固定在 1 月 1 日,古埃及的新年時間其實並不穩定。最初,他們的曆法訂有 365 天,但卻缺乏閏日或閏年機制;因此,每經過一段時間,新年的日期便會與自然時節(例如:尼羅河氾濫或冬至)產生偏移。這種「非固定新年」使古埃及人有時在一年之中,過好幾個「新年」。

古埃及的曆法制度,讓他們有時一年中有好幾次新年。 圖/unsplash

一年過三次年:埃及人新年的多重起點

位於古埃及南方的埃斯納(Esna)神廟,就保留了一塊引人注目的曆法刻文,上面竟然出現了三個「新年慶典」記載。根據研究者的分析,這三次新年分別對應了三個特殊時刻:

  1. 曆法年第一天
    這是古埃及官方曆法意義上的新年開端,象徵著行政、祭典與民生運作上的「一切歸零」。
  2. 羅馬皇帝生日
    當時古埃及已被羅馬帝國統治,羅馬皇帝的生日被視為具有重大政治與宗教象徵意義,故亦成「新年」之一。
  3. 天狼星(Sirius)再現
    當天狼星於東方地平線再次升起,象徵尼羅河泛濫臨近,而農業豐收之期即將來臨。古埃及人將此星視為蘇普迪特(Sopdet)女神的化身,代表一年生命與富饒的迴歸。

此現象導致在同一年裡,他們分別「跨」了三次年,而每次都會舉行一連串盛典,從祭祀神像到群眾歡慶,再到向親友贈禮,皆展現古埃及對神祇與自然結合的崇高敬意,也反映其曆法與信仰交織的錯綜樣貌。

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陽光中的重生儀式:曝曬神像

相較於現代人舉辦煙火晚會或觀看「水晶球倒數」,古埃及最顯著的慶典之一是將神像搬離廟宇、帶至屋頂或廣闊戶外,讓神像在陽光下「再生」。他們相信,太陽神的能量能賦予這些神像新的生命力,推動一年新的循環。

根據考古學家席蒙·康納(Simon Connor)的研究,名為「Wepet Renpet」的新年節日期間,廟方人員會將主神或其他神祇的像抬到廟頂,迎接太陽光的洗禮。一些神像在這過程中會進行修補、重新上色或替換為新的雕像,象徵帶來更強的神力去保護城市與民眾。此刻,群眾可在下方圍觀或以儀式參與,共同見證「神祇自太陽中重獲能量」的神聖時刻。

金字塔與亡靈信仰

既然新年是「一年的開端」,那麼對古埃及人來說,如何兼顧祖先或亡靈,是慶典中的另一關鍵。在尼羅河西岸、吉薩金字塔群所在地,除了有聲名遠播的法老陵墓,還聚集許多神廟與祭壇。根據學者馬薩希‧富卡亞(Masashi Fukaya)在博士論文及其著作中的描述,古埃及人在新年時也會到吉薩或塞加拉(Saqqara)地區,一方面慶祝新年的到來,一方面緬懷已故親屬,祈求來年的健康與祥和。

對古埃及人來說,對祖先與神靈的祭祀缺一不可,因此吉薩或塞加拉(Saqqara)地區也是他們有時新年會拜訪的地方之一。 圖/unsplash

有些文獻記載在金字塔區會進行小規模的遊行,並伴隨祭品與供品獻予法老墓葬或神廟。這同時也是與祖先對話的方式,期望藉由「新年伊始」的神力,讓亡靈與在世者都能共享陽光恩典。這點在一定程度上與現代人逢年過節會祭拜祖先的傳統,呈現出相似的文化意涵。

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新年饗宴:美食、美酒和好友,缺一不可

從古埃及墓葬壁畫以及文獻來看,在「Wepet Renpet」的盛大場合裡,美酒佳餚絕不會缺席。和現今的跨年晚宴相似,古埃及人往往會準備麵包、啤酒、果乾、蔬菜和肉類等多樣食材,用於家族或社群聚會。上層階級更是準備精緻的糕點與香料飲品,尤其是當時盛行「啤酒釀製」,不少繪畫顯示人們載歌載舞,舉杯同樂。

在紛擾的宗教儀式之外,這些飲食活動能拉近社群關係,也給人喘息與娛樂的空間。就如同現代人會邀請親友一同跨年聚餐,古埃及人同樣透過共享美食的方式,在新年轉折時刻互致祝福、凝聚情感。

過年送禮:從「新年瓶」到香料油品

或許最能讓現代人感到熟悉的,就是古埃及也盛行「新年送禮」的風俗。在古埃及的考古發現中,有一類出土文物被稱作「新年瓶」(New Year Flask),通常材質是青瓷(faience)或陶器,容量不大,常用於盛裝香油或珍貴液體。瓶身上還會刻有「願你新年快樂」、「祈求神明保佑」等字樣。

其中,紐約大都會博物館(Metropolitan Museum of Art)收藏的一只新年瓶就有詳細的銘文,表示這件器物是為一位名叫亞蒙荷特普(Amenhotep)的祭司所準備,上面祈求蒙圖神與阿蒙-瑞神賜予他新年的平安與幸福。古埃及學者約翰·貝恩斯(John Baines)指出,這些瓶子常含有香油、水或芳香劑,象徵神祇恩典的傳遞。在充滿宗教色彩的古埃及社會,此類贈禮既代表人與人之間的關愛,也包含了對神祇的崇敬。

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曆法與星象:天狼星再升與尼羅河泛濫

天狼星在古埃及曆法中,佔有重要地位。圖/unsplash

對古埃及而言,曆法並不只是一套抽象的時間度量工具,更牽動著農耕、祭祀與民生的大局。最早訂立的 365 天曆法,是以天狼星(Sirius)的升起作為主要觀測指標;當它自東方地平線再度出現時,象徵尼羅河即將泛濫,孕育肥沃的泥土。

然而,正因沒有閏年的修正機制,古埃及人一年又一年地發現,Wepet Renpet逐漸從夏季「漂移」到冬季,甚至後來落在羅馬帝國統治的歲月裡,也與皇帝的誕辰綁定了同樣的節日意義。如此一來,新年的日期顯得流動性極強,導致有時一年內三次不同的慶祝節點,這種現象在古代文明相當罕見,也成為古埃及曆法最富魅力與矛盾的特色之一。

與現在跨年的相比,哪個比較好玩?

綜觀古埃及的新年慶典,既有與現代相似之處:他們會盛裝慶祝、贈送祝福禮物、與親朋好友共享美食,同時也有著不一樣的宗教信仰特色,如將神像迎接至屋頂或室外曬太陽重獲力量、在吉薩金字塔與亡靈共同迎接新年等。這些傳統因曆法飄移而多次上演,不僅熱鬧,也蘊含著對自然周期的敬畏與對神祇的深層依賴。

對我們而言,古埃及的「新年」透露出一則啟示:人們對更新與希望的期待,自古至今都如出一轍;不論曆法精準與否,我們都需要一個象徵式的時刻,去將過去的遺憾與失敗歸結到「舊時身分」,迎來重頭出發的契機。古埃及人將此時刻與太陽、星象、神明與亡靈結合得天衣無縫,也展現了人類社會在理解時間上的無限想像力。

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古埃及的新年慶祝雖已併入千年歷史之中,但通過考古遺跡與歷史文獻,我們依然能感受到那股對於「開始」的熱情與慎重。金字塔區的祭典煙塵、神廟頂樓的太陽洗禮、親友間互相贈與的祝福小瓶,都在訴說著古人對新一年勝利與豐收的希冀。或許,對古埃及人而言,新年不光是一個日曆換頁的動作,更是一個宇宙、神人合一的神聖時刻——在那瞬間,人與神、陽光與星宿、生者與死者,全都迎來了嶄新的生命循環。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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原住民祖先見過明亮的南方之星?傳說是真的,而且超過一萬年!
寒波_96
・2023/11/08 ・2777字 ・閱讀時間約 5 分鐘

有些故事代代相傳之下,經歷非常漫長的時光。過去很久以後,五百年、三千年或一萬年,都已經是「很久很久以前」,難以判斷到底多久。2023 年發表的一項研究認為,澳洲南方的塔斯馬尼亞島,有個故事似乎能追溯到超過一萬年前。

塔斯馬尼亞的祖傳故事

大英帝國的調查隊抵達塔斯馬尼亞初期,估計島上約六千到八千位居民;原住民們統稱為「palawa」,不過又能分成多個有所區別的族群。英國人在公元 1803 年建立第一個殖民地,然後,不意外地起爭議。

走訪塔斯馬尼亞各地,留下許多紀錄的英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)。圖/參考資料3

走訪塔斯馬尼亞各地,留下許多紀錄的英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)。圖/參考資料3

殖民者與原住民的衝突加劇後,1823 到 1832 年間導致約兩百位殖民者及九百位原住民身亡。有些英國人希望能和平解決問題,最終勸誘加上強迫,1829 到 1835 年間將島上的原住民,都成功遷移到位於塔斯馬尼亞和澳洲之間,巴斯海峽的弗林德斯島(Flinders)。

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英國人認為這是一次「友善」的轉移任務。以當時狀況而言,確實算是相對和平的收場,但是慘遭強制搬遷的原住民依然損失慘重,人口以外,他們脫離原本的家園「Lutruwita」,文化、語言幾乎喪失殆盡。

遷徙計畫中,英國人魯賓遜先生(George Augustus Robinson)可謂關鍵角色。他走訪塔斯馬尼亞各地,說服原住民搬家,也對當地風俗文化非常好奇,留下大量紀錄。

這些 1830 年代的紀錄,就像塔斯馬尼亞傳統文化的切片。後來有些原住民重返塔斯馬尼亞,試圖擺脫殖民時,英國殖民者當初搜集原汁原味的資料,也成為重建傳統的材料之一。

魯賓遜等人搜集的紀錄來自多位原住民的說法,其中一個故事相當費解,至少當年魯賓遜無法理解,新問世的論文總算揭開奧秘。

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情節湊不上,是因為發生在太久之前

祖先的遷徙故事,提到他們來自一片大陸;後來大陸被海水淹沒,當時岸邊附近有冰山漂浮。那時望向南方的天空,可以見到一顆很亮的星。

塔斯馬尼亞與澳洲之間的地形。兩地之間原本存在陸橋,海水上升後形成巴斯海峽。圖/參考資料1

塔斯馬尼亞原住民一代一代仰望星空,也建立一些自己的天文學知識,被魯賓遜忠實收錄。那顆南方大星星卻令人費解,因為星空中根本沒有符合描述的那顆星。最可能的對象是老人星(Canopus),也稱為船底座α(α Carinae)。

星空中最亮的是天狼星,第二就是老人星,顯然它非常顯眼,可是位置明顯有差。是原住民唬爛,還是魯賓遜唬爛,或是魯賓遜紀錄錯誤呢?新的分析指出,他們都是正確的,因為一萬兩千年前的星空,老人星確實處於故事中的那個位置。

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首先,故事提到祖先前來的道路被大海淹沒,冰山在岸邊漂浮。對照現代科學知識,能輕易推論這講的是冰河時期結束,海平面上升,淹沒澳洲與塔斯馬尼亞之間的陸橋,形成巴斯海峽,讓塔斯馬尼亞成為一個四面環海的島。

接著是星空為什麼不同?從地球表面仰望夜空,星星的分布位置會由於「歲差」緩慢改變。回溯調整成一萬多年前的星空,老人星的確就在那兒。

地表很多位置都能見到南方明亮的老人星,不同民族、文化各有自己的想像。台灣人即使沒有親眼注意過,也肯定知道老人星,因為這就是福祿壽中的「壽星」,形象化叫作南極仙翁。

有趣的是,中文名字叫老人星,英文名字 Canopus 則來自特洛伊戰爭傳說中的一位年輕人,他是航海家,後來不幸在埃及被毒蛇咬死……所以中國想像這顆星是老人,歐洲卻想像是年輕小夥。

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回溯塔斯馬尼亞 1831 年 8 月 1 日,凌晨 5 點時的星空。圖/參考資料1

難以理解的時候,先忠實紀錄

考慮到魯賓遜紀錄的日期是 1830 年代,更加深故事的真實感,因為當時英國人還不知道「冰河時期結束導致海面上升」。阿加西(Louis Agassiz)首度宣稱冰川歷史的想法要等到 1837 年,更多年後取得較多支持,十九世紀後期才廣為人知。

魯賓遜等歐洲人對聽到的故事內容難以理解,他們或許會聯想到聖經的大洪水,但是完全想像不到冰河時期。所以這些內容,大概更能免於印象或偏好影響,反映忠實的紀錄。

據此推敲,塔斯馬尼亞祖傳故事講的是:「大約 1.2 萬年前海水上升之際,明亮的老人星在那個位置」。如果推論正確,這便是傳承 1.2 萬年的口述歷史,堪稱全人類罕見的文化遺產。

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有人或許會好奇,一些研究認為早在四萬年前,已經有人穿過澳洲,抵達塔斯馬尼亞。可是島上原住民的祖先故事,卻是一萬多年前?

我想可能是因為,記憶對於愈久遠的事情常常會愈壓縮,把更早發生的事情疊加到比較近期,印象很深的事件中。或許原住民的祖先很早就過去,但是海水上升淹沒陸橋令人印象太過深刻,就變成故事的素材。

另一件啟示是,世界上不知道的事情太多了,當你不太理解聽到什麼的時候,不要試著腦補,就照聽到的忠實紀錄下來!

延伸閱讀

參考資料

  1. Hamacher, D., Nunn, P., Gantevoort, M., Taylor, R., Lehman, G., Law, K. H. A., & Miles, M. (2023). The archaeology of orality: Dating Tasmanian Aboriginal oral traditions to the Late Pleistocene. Journal of Archaeological Science, 105819.
  2. Rising seas and a great southern star: Aboriginal oral traditions stretch back more than 12,000 years
  3. GEORGE AUGUSTUS ROBINSON
  4. 老人星名字來源神話人物 Canopus 維基百科

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

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。