阿貓阿狗也會曬傷？！

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

F 編按：本文編譯自 Live Science

身為貓奴應該都思考過這個問題：「我家貓到底愛不愛我？」（尤其是你怎麼叫牠都不理你的時候）

比起狗狗總是搖尾示好、恨不得時時刻刻陪伴主人，貓咪反而顯得疏離。這些獨立、冷淡的態度，是否代表牠們根本「不愛人類」？還是只是與我們表達情感的方式不同？現有的研究並未能給出單一「是」或「否」的答案，但科學界逐漸認為：貓的性格並非冷漠，而是有著自己獨特又多變的互動模式。

為何貓比狗看起來更不「熱情」？

談到「人與動物的愛」，第一個被拿來對照的對象往往就是狗。狗傾向於把人視為社群領袖或保護者，牠們會展現出明顯的依附行為，例如跟隨、舔舐、撒嬌等。這背後牽涉到狗的馴化史，科學家普遍認為，狗至少在 2.3 萬年前（亦有其他研究推至 3 萬年以上）就已開始與人類共同生活。人類在漫長世代裡，選擇性繁殖更順從、更依賴的犬隻，讓牠們不斷強化對主人的服從與感情表達。

相較之下，貓的馴化歷史要晚得多。大約在 1 萬年前，農耕社會出現，儲藏穀物吸引老鼠，貓因捕鼠能力而漸與人共生。牠們「半自願」式的走近人類聚落，並未經過大規模的繁殖選擇，以致貓咪的野性特質與獨立性一直保存到今天。

由此可見，狗對人的依附，是經過長時間精心培育的結果，而貓雖然與人類同住，也享受人類提供的食物與安全環境，但牠們在某種程度上仍維持了更高的自主意識與獨立特質。

如何判斷貓咪是愛或不愛？

每個人對於「愛」的表現，判斷上還是很主觀的。因此有些研究嘗試用「科學指標」來測試貓對人的情感，如觀察荷爾蒙水平、或偵測貓在不同情境下的行為模式。

催產素俗稱「愛的荷爾蒙」，常在親密互動或撫摸時分泌。根據 2015 年的一項實驗（收錄於 BBC節目「Cats v Dogs」）：在貓與狗都受到撫摸後，狗的催產素水平平均提升約 57.2%，但貓僅提升12%。這被部分人解讀為「貓對我們沒有那麼有愛」，但也要注意，這只是「平均值」，樣本量也僅 10 隻狗與貓，並不代表所有貓都只有「12%」的情感。此外，催產素本身也容易受其他因素干擾，例如環境壓力、個體差異等。

另外在 2021 年，英國林肯大學的研究團隊針對 3,994 位貓主做問卷調查，藉由「開放式關係、疏離關係、一般交情、相依關係、友誼」等五大類型，歸納出貓與主人的情感連結。結果顯示，約有一半的貓跟主人間呈現較緊密的情感投射，另一半則較疏離。由此可知，貓與人之間的情感並非「一面倒」的冷漠，也不見得如狗那樣強烈依附；而是要看飼主的參與度、貓的個性以及如何尊重牠們的獨立空間。

有一項早期（2008年）的一項研究則觀察到，當貓遇到自己熟悉的人類時，血壓和心率會出現上升，顯示牠們對人產生情緒波動，可能是期待食物或獎勵，也可能是情緒上的激動。這說明貓對特定人確實有「在意」的表徵，只是表達方式或目的不一定和狗相同。

你越近，貓越逃？貓咪喜歡怎麼樣的互動？

貓咪多半不喜歡被強迫互動，若人類持續不斷地撫摸、抱起貓而不顧牠們的意願，往往得到的反應是掙扎、攻擊或逃走。對貓來說，「選擇權」至關重要。若牠們能自在地決定互動距離、持續時間，以及撫摸的部位，牠們更可能接受、甚至主動親近主人。

2021 年的研究指出，若飼主能理解貓在肢體語言上的細微表達，例如耳朵朝後、尾巴抖動、身體僵硬或發出低鳴，代表牠們已有不適或抗拒；這時「收手」是上策。相反地，那些忽視貓表示不要的信號，堅持要撫摸或抱住貓的人，更容易被貓認定為「壓迫者」，長期下來貓會選擇逃避或變得易怒。

與狗一樣，每隻貓的個性也不盡相同。有些貓喜歡頻繁親密互動，也有貓更向往安靜獨處；基因、社交化過程、早期經驗都可能影響牠們長大後對人的友善度。此外，若飼主從貓幼齡期就常常輕柔地接觸牠們，並在牠們想脫離時尊重牠們，長大後通常會更願意與人類培養信任感。

如何與貓建立更深的情感連結？

既然科學研究顯示貓的「情感投放」需要更精細的方式，那麼身為飼主或愛貓人士，該如何做才能拉近與主子的距離呢？

1. 給予空間與選擇
   • 不要隨意抱起或撫摸正在休息、清潔毛髮、或顯露抗拒姿勢的貓。讓貓可以自由進出房間、躲進安全的角落，也能確保牠們在緊張或害怕時有地方可退。
2. 正向回饋與獎勵
   • 若貓主動靠近、蹭你或發出呼嚕聲，這是牠願意互動的信號，可在牠舒服的情況下溫柔撫摸。可以搭配口頭稱讚或小零食，使貓把你聯想到「好事」。
   • 但記住，貓咪不喜歡被「過度餵食」，適度才是關鍵，否則容易讓牠們失去對零食的興趣或導致肥胖。
3. 學習貓的身體語言
   • 觀察耳朵、尾巴與瞳孔的變化，若耳朵緊貼腦後、尾巴劇烈擺動或瞳孔放大並伴隨低鳴，表示貓正處於緊張或警戒狀態。此時停止撫摸、後退，給牠時間冷靜。
   • 如果貓慢慢走近你，尾巴微翹、耳朵稍微前傾，代表牠感到放鬆，可能願意互動。
4. 尊重貓的作息特質
   • 貓是夜行性動物，白天或許大部分時間都在睡覺或懶洋洋地活動；若你在白天想和貓「猛玩」，牠可能沒有興趣。選在牠清醒或精神較好的時段進行互動或遊戲，更能提升彼此感受。

貓與人的緣分，在於理解與尊重

貓咪歷經數千年從田間捕鼠者，逐漸成為受全球喜愛的寵物，卻依然保留高度獨立、選擇權至上的「個人主義」風範。許多科學研究指出，貓雖沒有狗般明顯的熱情與依賴，但仍能與人產生深厚羈絆──關鍵就在於飼主是否願意花時間、心力，並遵循「了解貓貓、尊重貓貓」的原則與牠們相處。從理解貓的生活形態、情緒信號，到給予牠們適度的獨處與自由，若能做到這些，或許某天牠就會主動跳到你的腿上呼嚕，用專屬的方式告訴你：「莎朗嘿（사랑해）～」

唉！好曬呀！前兩集，一些觀眾發現我曬黑了。

在臺灣，一向不缺陽光。市面上，美白、防曬廣告亦隨處可見，不過，為什麼我們會被陽光曬傷呢？卻又好像沒聽過被日光燈曬傷的事情？

事實上，這也跟量子力學有關，而且和我們今天的主題密切連結。

之前我們討論到量子概念在歷史上的起點，接下來，我們會進一步說明，量子概念是如何被發揚光大，以及那個男人的故事。

光電效應

在量子力學發展過程中，光電效應的研究是非常重要的轉捩點。

光電效應指的是，當一定頻率以上的光或電磁波照射在特定材料上，會使得材料發射出電子的現象。

在 19 世紀後期，科學家就已經發現某個奇特的現象：使用光（尤其是紫外線）照射帶負電的金屬板，會使金屬板的負電消失。但當時他們並不清楚背後原理，只猜測周遭氣體可能在紫外線的照射下，輔助帶負電的粒子從金屬板離開。

於是 1899 年，知名的英國物理學家 J. J. 湯姆森將鋅板放置在低壓汞氣之中，並照射紫外線，來研究汞氣如何幫助鋅板釋放負電荷，卻察覺這些電荷的性質，跟他在兩年前（1897 年）從放射線研究中發現的粒子很像。

它們是比氫原子要輕約一千倍、帶負電的微小粒子，也就是我們現在稱呼的電子。

1902 年，德國物理學家萊納德發現，即使是在抽真空的玻璃管內，只要照射一定頻率以上的光，兩極之間便會有電流通過，電流大小跟光的強度成正比，而將光線移除之後，電流也瞬間消失。

到此，我們所熟知的光電效應概念才算完整成型。

這邊聽起來好像沒什麼問題？然而，若不用現在的量子理論，只依靠當時的物理知識，很難完美解釋光電效應。因為根據傳統理論，光的能量多寡應該和光的強度有關，而不是光的頻率。

如果是光線把能量傳給電子，讓電子脫離金屬板，那為什麼需要一定頻率以上的光線才有用呢？比如我們拿同樣強度的紫外線跟紅外線去照射，會發現只有照射紫外線的金屬板才會產生電流。而且，當紫外線的頻率越高，電子的能量就越大。

另一方面，若我們拿很高強度的紅外線去照射金屬板，會發現無論如何都不會產生電流。但如果是紫外線的話，就算強度很低，還是會瞬間就產生電流。

這樣難以理解的光電效應，使得愛因斯坦於 1905 年一舉顛覆了整個物理學界，並建立了量子力學的基礎。

光電效應的解釋

為了解釋光電效應，愛因斯坦假設，電磁波攜帶的能量是以一個個帶有能量的「光量子」的形式輻射出去。並參考先前普朗克的研究成果，認為光量子的能量 E 和該電磁波的頻率 ν 成正比，寫成 E=hν，h 是比例常數，也是我們介紹過的普朗克常數。

在愛因斯坦的詮釋下，電磁波的頻率越高，光子能量就越大，所以只要頻率高到一定程度，就能讓電子獲得足以逃脫金屬板的能量，形成電流；反過來說，如果電磁波的頻率不夠高，電子無法獲得足夠能量，就無法離開金屬板。

這就像是巨石強森一拳 punch 能把我打昏，但如果有個弱雞用巨石強森百分之一的力道打我一百拳，就算加起來總力道一樣，我是不會被打昏，大概也綿綿癢癢的，不覺得受到什麼傷害一樣。

而當電磁波的強度越強，代表光子的數目越多，於是脫離金屬板的電子自然變多，電流就越大。就如同我們挨了巨石強森很多拳，受傷自然比只挨一拳要來得重。

雖然愛因斯坦對光電效應的解釋看似完美，但是光量子的觀點實在太過激進，難以被當時的科學家接受，就連普朗克本人對此都不太高興。

對普朗克來說，基本單位能量 hν，是由虛擬的「振子」發出的；但就愛因斯坦而言，電磁波本身的能量就是一個個光量子，或現在所謂的「光子」。

然而，電磁波屬於波動，直觀來說，波是綿延不絕地擴散到空間中，怎麼會是一個個攜帶最小基本單位能量的能量包呢？

美國物理學家密立根就堅信愛因斯坦的理論是錯的，並花費多年時間進行光電效應的實驗研究。

到了 1914 年，密立根發表了世界首次的普朗克常數實驗值，跟現在公認的標準數值 h=6.626×10^-34 Js（焦耳乘秒）相距不遠。

在論文中，密立根更捶心肝（tuî-sim-kuann）表示，實驗結果令人驚訝地與愛因斯坦那九年前早就被人拋棄的量子理論吻合得相當好。

這下子，就算學界不願相信愛因斯坦也不行了。愛因斯坦也因為在光電效應的貢獻，獲得 1921 年的諾貝爾物理獎。

光電效應的應用

在現代，光電效應的用途廣泛。我們日常生活中常見的太陽能發電板，利用的就是光電效應的一種，稱為光生伏打效應，材料內部的電子在吸收了光子的能量後，不是放射到周遭空間，而是在材料內部移動，形成正負兩極，產生電流。

而會不會曬傷也跟光子的能量有關。

曬傷是皮膚受到頻率夠高的太陽光，也就是紫外線裡的 UVB 輻射造成的損傷。這些光子打到皮膚，會讓 DNA 分子裡構成鍵結的電子逃逸，引起皮膚細胞中 DNA 的異常變化，導致細胞損傷和免疫反應，這就是為什麼曬傷後皮膚會出現紅腫、疼痛和發炎的原因。

而頻率較低的光線，因為光子能量偏低，所以就不太會造成傷害，這也是為什麼我們沒聽過被日光燈曬傷這種事。

結語

從 17 世紀後半，惠更斯和牛頓各自提出光的波動說和微粒說開始，人們就聚焦於光到底是波動還是粒子的大哉問；19 世紀初，湯瑪士．楊用雙狹縫干涉實驗顯示了光的波動性，而到 19 世紀中後期，光屬於電磁波的結論終於被馬克士威和赫茲分別從理論和實驗兩方面確立。

經過約莫兩百年的研究發展，世人才明白，光是一種波動。

怎知，沒過幾年，愛因斯坦就跳出來主張光的能量由一個個的光量子攜帶，還通過實驗的檢驗——光又成為粒子了。

物理學家不得不承認，光具有波動和粒子兩種性質，而會呈現哪一種特性則依情況而定，稱為光的波粒二象性。

愛因斯坦於 1905 年提出的光量子概念，顛覆了傳統認為波動和粒子截然二分的觀點，將光能量量子化的詮釋也被實驗印證，在那之後，除了光的能量之外，還有其他物理量被發現是「量子化」的，像是電荷。

我們現在知道，電荷也有個基本單位，就是單一電子攜帶的電荷大小。

儘管之後又發現組成原子核的夸克，具有 -1/3 和 +2/3 單位的基本電荷，但並沒有改變電荷大小是不連續的這件事，並不是要多少的電量都可以。

如果你覺得很奇怪，不妨想想，我們用肉眼看會覺得身體的每一個部位都是連續的，但其實在微觀尺度，身體也是由一個個很小的原子和分子組成，只是我們根本看不出來，才覺得是連續的。

光子的能量和電荷的大小，其實也是像這樣子，細分下去就會發現具有最基本的單位，不是連續的。

事實上，量子力學在誕生之後，一直不斷地為人們帶來驚喜，簡直就是物理學界突然闖進一隻捉摸不定的貓。我們下一個故事，就要來聊量子力學發展過程中，打破世間常識的某個破天荒假說，而假說的提出者，是大學原本主修歷史和法律，擁有歷史學士學位，但後來改念物理，並憑藉博士論文用 5 年時間就拿到諾貝爾物理學獎的德布羅意。

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