科學的「無人之境」— 超冷水

羅馬浴場：帝國先進的水利設施

水與都市衛生也有很大的關係。人類總是居住在河川、湖泊、湧泉等可以立刻取得乾淨水源的地方。但隨著文明的發展，人口集中的都市日漸發達，水源也因此逐漸短缺，於是發展出可大量供應乾淨水資源的設備——上水道。

所謂的上水道，指的是透過建造溝渠等方式，將水從郊外的湖泊或河川上游引進城市。

最早大規模建設上水道的是古羅馬人。他們不但整頓了上下水道、做出用水沖刷排泄物的馬桶，更驚人的是，他們甚至建造了公共廁所——考古學家曾在一處遺址裡挖掘出一千六百座馬桶。

從西元前三一二年至西元三世紀左右，古羅馬建設了許多上水道，從數十公里遠處將乾淨的水引進都市。當時以建造地下管線為主，不過也會用石材和磚塊建造拱型的水道橋；而且為了保持水質，還沿著主要管線設置蓄水池和過濾池。這些運送到市區的水，會分配至公共浴池、宅邸、公共設施，以及讓民眾汲水的噴泉。

古羅馬的公共浴池規模龐大，內部裝潢也十分豪華。一般來說，每座城市至少都有一座公共浴池，做為重要的社交場所。裡面設有專用的房間，由專人在身上抹油，並用木製或骨製刮板將身上的汙垢連同油脂一起刮除，以及不同水溫的浴池、蒸氣烤箱、健身房、圖書室等，民眾還可以在公共浴池內的講堂談論哲學和藝術。

高跟鞋、斗篷和香水 衛生觀念的倒退

然而，隨著羅馬帝國覆滅，大部分的上水道也遭到破壞。一直到中世紀晚期，不但上下水道長期不見天日，連公共廁所也消失了。當時的基督教教義認為，所有肉體欲望都要盡可能節制，裸體入浴是深重的罪孽。公共浴池就別提了，連自家也未設置洗浴設備，可說完全不具備衛生觀念。

這麼一來，城鎮會變成什麼樣子呢？

民眾在道路和廣場上隨意大小便。只能隨便處理的結果，使得排泄物滲入地下，導致病原菌汙染水源。

貴婦們身穿下襬寬大的長裙，就是為了方便隨地排泄；十七世紀初問世的高跟鞋，則是為了避免街上的糞尿泥濘弄髒腳而設計出來的——所以當時的高跟鞋不只是鞋跟，連鞋尖也會墊高。據說，當時甚至有鞋底高達六十公分的超級高跟鞋⋯⋯

另外，民眾會從二樓或三樓的窗口，將尿壺裡的排泄物直接往路上傾倒，所以外出時需要穿上斗篷，以遮擋這些「天上掉下來的禮物」。由於危險有可能隨時從天而降，當時的紳士才會養成護衛淑女走在道路正中央的習慣。

當時的人不太洗衣服，也完全不泡澡或沖澡。為了掩蓋體臭，有錢人會噴上大量的香水，香水工業發達的背後，其實是這個緣故。

乖乖照規定，才叫有禮貌

當時的人一旦感覺到便意，根本不在乎時間、地點，直接公然在外排泄。就連十七世紀的法國代表性建築凡爾賽宮，在早期的建設工程中，根本不包含廁所用和浴室用的水道設備。

宮殿裡，像是太陽王路易十四和著名的瑪麗．安東尼王后，他們所使用的都是坐式馬桶——臀部挖空的椅型便器，而排泄物就積放在下方用來承接的盆子內。當然，國王的馬桶不但鋪上了天鵝絨，還以金銀刺繡做為裝飾，是非常豪華的設計。

這個時代的凡爾賽宮，包含王公貴族、僕人在內，推測約有四千人住在裡頭，但宮中的坐式馬桶僅有不到兩百八十具，數量嚴重不足。因此，在宮中舉辦豪華絢麗的舞會時，愛乾淨的人還會帶著攜帶式便座，再由僕人負責將桶內的排泄物倒進庭園裡；當然，宮中的排泄物也一樣倒在這裡。至於未自備便器的人，則會直接在走廊、房間角落、庭園草叢裡大小便。結果，以美麗聞名的庭園處處充滿糞便，散發出嚴重的惡臭。

宮殿的庭園造景師見狀，非常憤怒，便在庭園裡插了一座「禁止進入」的牌子。一開始大家還不放在眼裡，直到路易十四下令要遵守立牌的指示，賓客才開始守法。

事實上，法語「禮儀」（uiquette）的原義就是「立牌」——最基本的禮貌，其實就是遵守既有的規定。而從這段軼事中，我們也可以預見，惡劣的衛生條件，必然為生命帶來重大威脅。

——本文摘自《世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門》，2022 年 2 月，究竟出版，未經同意請勿轉載。

古希臘哲學家中，不乏能精準測量天體位置的人，還有能運用幾何學知識來丈量土地的人。儘管他們尚未發展出「實驗」這項科學方法，但相對的，他們非常仔細觀察自然界發生的變化，並思考形形色色的問題，成為自然界和社會的知識探索者。

萬物皆由水組成

古希臘最早深入探索「萬物根源」的人是泰利斯（Thales）。他是個生意做很大的貿易商，曾搭船經由地中海，到埃及推銷橄欖油，是個見多識廣的人。

某天，泰利斯開始萌生疑惑：

世界上有數之不盡的萬象事物，都是由物質所構成的，而且物質的變化方式多得令人驚奇。雖說物質會不斷變化，卻並非無中生有，存在的東西也不可能完全消失；由此可知，物質是不生不滅的。無數物質不斷變化，但為什麼大家都是不生不滅的？

泰利斯認為，所有物質必然是由唯一的「本原」所組成的，而他得到的答案就是水：

水遇冷後凝結成冰，加溫之後就會恢復原狀；溫度繼續升高的水會成為水蒸氣，再冷卻後又會形成水滴。河川、海洋和地表的水，都會變成水蒸氣上升到空中、形成雲朵，雲又會降水成為雨和雪。水能如此千變萬化，不論怎麼變也不會消失殆盡。話說回來，金屬的變化、生物形體的變化，不也都和水一樣嗎？

泰利斯推論，這些物質的型態和外形不論再怎麼變化，也不會完全消失，應該是因為所有物質都是由某個「本原」所組成的——不論構成的是金屬或生物。

後來泰利斯便把構成所有物質的「本原」命名為「水」。

值得注意的是，泰利斯所說的「水」，並不是指現代科學做為研究對象、做為物質的水，而是將變化不歇、變換型態後生成其他物質，並能再度回歸原初型態的萬物本原稱為「水」而已。這種思考的背景，可能來自於他曾到東方旅行，聽聞流傳在美索不達米亞的世界起源傳說、得知其故事中心就是「水」，才深受影響。

泰利斯的「水」，促使眾多學者開始思考萬物的「本原」（元素）為何。有人認為本原是「空氣」，經過壓縮和稀釋，分別形成水、土和火，進一步創造了自然界；也有人認為本原就是「火」，並將自然界比喻為「燃起、消失，無時無刻都在活動的火」。

微粒組成萬物

對於「萬物根源」是什麼的問題，德謨克利特（Democritus）提出了名為「原子論」的主張。

和泰利斯一樣，德謨克利特曾周遊地中海沿岸，徒步觀察風土、歷史和文化迥異的各個國家裡，有什麼樣的自然環境與人民，並學習各國的學問和技術。他認為，創造萬物的「本原」存在於無數微粒中，而且這一顆顆粒子永遠不會毀滅。他將這些無法再分解得更小的微粒，以希臘語中意指「不可分割之物」的「atomos」（原子）來命名。

德謨克利特還思考了另一項觀點，也就是「虛空」（什麼都沒有的空間），若改用現代科學的用語來說，就是「真空」。因為原子會占據空間、四處活動，所以必須要有提供給原子活動的「虛空」。

簡單來說，德謨克利特的原子論就是「萬物是由原子和真空所構成的，除此之外別無其他」。

德謨克利特認為，無數原子在除了原子以外什麼都沒有的空間裡，激烈且毫不停歇地四處活動，互相撞擊、形成漩渦。有的原子雖然會和其他原子相連成一團，但這團東西總有一天會分解，恢復成原本四散的原子。只要改變原子的排列方式和組合，就能製造出不同種類的物質。萬物是藉由原子的組合而形成，就連火、氣、水、土也不例外。

據說德謨克利特寫了一系列共七十多部鉅著，但沒有一本流傳下來。由於他大膽主張，人類的靈魂也是由輕盈、活潑好動的原子組成，不會遵從神的指示，而是跟隨控制原子運動的自然定律；只要構成人類肉體的原子瓦解分散，人類的靈魂就會消失。也就是說，神並不存在。他因此遭到統治階層指控「試圖抹滅神的存在」，並飽受攻擊，與他有關的書籍全數遭到銷毀。我們之所以能認識德謨克利特的事蹟，主要是由於反對原子論的哲學家們，將他的思想記錄在自己的著作之故。

——本文摘自《世界史是化學寫成的：從玻璃到手機，從肥料到炸藥，保證有趣的化學入門》，2022 年 2 月，究竟出版，未經同意請勿轉載。

• 艾瑪．楊恩（Emma Young）／著
• 鄧子衿／譯

如果「相信你的直覺」是有科學根據的古老智慧，那麼「我們每天應該喝兩公升的水」這種說法是否也算呢？有數不清的文章指出，每天喝兩公升的水，能讓體重減輕、皺紋減少、精神集中。這個說法有多真實？

若要追根究柢，我們得先瞭解到「渴」這種感覺的運作方式。

人不像是駱駝，演化出能夠保留住體內水分的異常方式，因此需要常常喝水。有一條著名的求生法則是：人可以三個星期不吃東西，但是不喝水只能撐三天。實際上能夠撐幾天，當然取決於有多少水分經由流汗與呼吸排出，或是有沒有嘔吐或腹瀉，這兩種狀況都會讓死亡的速度加快。

人體從頭到腳大部分都是「水」

在身體的表面之下就有水分，而且體內到處都是水分。1945年，美國伊利諾大學的一群頂尖生理學家，指出了身體中的水有多少，以及分布的狀況。

研究團隊的任務是分析一位剛去世的三十五歲男子的身體化學組成。該名男子 70 公斤重、183 公分高，比現在活著的美國男性平均數字要輕一點與高一點，但是他的生命要素統計數字現在依然受到引用，因為研究團隊在分析的時候，把所有的器官翻了個遍，並且把身體組成澈底分解。分析的結果是：人類的身體中，蛋白質占 14.39%，鈣占 1.596%，磷占 0.771%，而水分占了 67.85%。

伊利諾團隊可怕的分析表格中，指出了那名男性心臟的含水量是 74%，腦部和脊髓也是。腎臟的含水量最高，為 79.74%，骨骼中水的重量幾乎占 33%。就算是牙齒，水也有 5%。

比較晚近的研究指出：成年人的體重中，水占了67%。這個數字是正常範圍內的高標。如果你整個人的水分被吸乾，體重肯定會減少一半——如果你的肌肉很多，減少的體重會多一些。如果你身體中有很多脂肪，那麼留下的體重會明顯較多。

大腦的調節與水分偵測器

所有重要的身體功能都需要水：血液要把氧氣傳遞到全身，身體要藉由尿液和糞便排除廢物，要保護腦部免於撞擊造成的損傷，要流汗以調節體溫。

因此毫不意外，我們對於血液中溶解的化合物與礦物質濃度非常敏感，這些成分的濃度就等同於代表了血液中的含水量。如果濃度高，代表失水，是個需要馬上解決的問題，因為那代表細胞的含水量不足以維持正常功能的運行。

七十多年以來，生理學家知道腦部不只調節體液中的水分含量，也能直接偵測到。主掌恆定作用的下視丘中，有細胞直接偵測體液溶解成分的濃度，特別是血液中的鈉（來自食鹽）濃度。如果鈉濃度就只稍微偏離了那極度狹窄的可容許範圍，馬上就會啟動調整措施。其中之一是要腎臟不要排那麼多水，這樣血液中保留的水分就比較多。另一個方法是讓人覺得口渴，想去喝水。

「口渴」的感覺來自哪裡？

很久以來，大家都認為腦部偵測血液中的含水量，就是口渴感覺來源的全部了。但是一些生理學家對此有意見。畢竟喝了水要十分鐘以後，血液的濃度才會改變。但是我們都知道，一口氣灌下大量冷飲後，口渴馬上就消失的感覺。

2019 年，加州大學舊金山分校的研究團隊提供了解釋。他們以小鼠當作研究對象，發現小鼠開始喝水時，從嘴部和喉嚨的感覺訊息，會讓下視丘口渴神經元的活動暫時停止。這種「快速」訊息在喝冷飲時，特別容易產生出來，同時也能追蹤喝下的液體分量。

但這還不是全貌。在小鼠身上的進一步研究發現：就算是喝鹽水，也會讓口渴神經元的開關關閉，但不會關上太久。身體某個部位顯然探知到那不是能提供水分的液體，並且推翻「已解渴」這個決定。也是在 2019 年，這支研究團隊報告說：那個部位是第二階段的感測器，可能位於小腸的開端，可以偵測飲料（或是某些食物）中實際上是否能提供水分，以及能提供多少水分。

這支研究團隊甚至還探究了小鼠腦部對於缺水和飲水、飢餓與飲食的反應，而且精細到找出個別負責的細胞。領導這項研究的神經科學家奈特（Zachary Knight）說：

這是首次我們能夠即時看到，單一個神經元接受了來自身體其他部位的訊息，以控制飲水這樣的行為。這開啟了一扇窗，讓人能夠研究這些訊息的交互作用，例如壓力和體溫如何影響了口渴和食慾。

——本文摘自《超級感官：人類的32種感覺和運用技巧》，2023 年 3 月，天下文化出版，未經同意請勿轉載。