聖誕老人如何在一個晚上把禮物分送到全世界？（下）－《空想科學讀本：科學也無法解答的超難題》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

大家都愛聖誕老人，時序進入十二月，全世界上億孩子都歡欣期待聖誕老人；全球最慷慨的慈善老人，如何能在一個晚上把禮物送完？

首先，我們以《空想科學讀本》文中解析並推得的實際條件來看，若14 歲以下的小孩定義為「能收到禮物的孩子」，約要送出 18 億份；而為了避免孩子撞見送禮過程，聖誕老人的派送時間是 12 月 24 日晚上 10 點到 25 日早上 5 點，看起來是7個小時；實際上，一路極速飆車向西追得時差，是 32 小時。

而32 小時內送完 18 億人，換算下來每秒鐘需要送出 1 萬 6000 人；至於聖誕老人的夥伴馴鹿，必須以 1900 倍音速飛馳，才來得及繞地球一圈——顯見「一個晚上把禮物送完」是極為艱難的任務。

看著聖誕老人與時限奮戰，就跟每次看超級英雄電影一樣忘情沸騰！但理智回魂後忍不住想…咦，等一下……他為什麼不早點開始派送？！早點開工就不會變成超難題啊！

究竟是為什麼，聖誕老人明知工程鉅大，卻一定要混到聖誕節前一晚才開始工作？這一思索，就像我日常工作，蒐集個案行為特徵，檢點各種面向；終於，好像認得這聖誕老人也有的難言之隱。

你有想過聖誕老人為何總在平安夜才爆走全球分送十八億份禮物嗎? 

答案可能是：他有注意力失調／過動症

（全名為 Attention-Deficit／Hyperactivity Disorder，簡稱 ADHD）

證據一：慢性拖延 

聖誕老人西元 270 年出生，若以三十歲入行來算，已重複這職務 1721 次；一般人如此經歷，多能記取教訓，進行修正：早點開工，以防悲劇重演。聖誕老人卻是年年抱佛腳，不能不說他或有「自我調節」的重度困難。

我的會談室有很多這樣拖延問題的成人 ADHD 個案，不論是期末考當天早上才翻開書頁，還是開會前一晚才想起需要的資料還沒聚全，都是因為腦功能中的自我動機系統運作不彰，導致啟動困難（只要主觀覺得無趣，對價值就無感、對後果不在意，也就無意行動）；加上時間感弱 （低估做完一件事實際所需時間），因此總在趕「最後一分鐘」。

證據二：過度專注

但以結果看，不能不說這聖誕老人甚是厲害；能奇蹟般完成龐大任務，不只必須不食不休不眠，還要在單位時間內投以最高量的專注力。

在我們一般人常見的生理現象，事到臨頭火燒屁股，大腦會分泌腎上腺素和去甲基腎上腺素，使人體超越平時的機能與超強專注力對抗危機。但是，腎上腺素的效期多僅能維持數分鐘。所以，聖誕老人不尋常展現長時高度專注力，更像是部份注意力失調患者展現的「過度專注」（overfocusing）特徵。

與多數人對注意力問題所認知的很難專心（poor concentration）相反，過度專注這類型的患者，實是太過專心且難以轉移；一旦專注手上的事就渾然忘我，短則數小時長則數天，忘了肚子餓，忘了與人有約，別人叫喚也聽不到，身邊有危險也不知道。在特定工作場域中這樣全神貫注有時能帶來超級產值，但，它本質上仍然是自我調節不良造成的注意力問題^[註1]。

證據三：尋求刺激

多數人愛在寒冬夜裡享受爐火、早睡，聖誕老人卻愛在極端氣候滑雪奔波；遇到窗門沒開的人家，還得跳上結冰屋頂攀下煙囪。這樣驚險刺激，在典型大腦是危險；在非典型 ADHD 大腦是樂此不疲。為什麼會有如此差異？因 ADHD 者腦中神經傳導物質多巴胺（dopamine）濃度較低^[1]。

多巴胺的作用讓人有愉快感覺，不少 ADHD 成人喜歡追求感官刺激而有危險行為（比如：超速），或喜愛從事諸如競速滑雪、跳傘、賽車等等極限運動；一般人輕鬆就能得到的愉快感覺，ADHD 者卻必須以做更多事、更冒險，讓腦中的多巴胺濃度上升才能體驗。這也是為什麼在確診服用正規治療藥物（中樞神經系統興奮劑）之前，很多為 ADHD 症狀所苦的人，往往自行使用具有興奮作用的尼古丁、酒精等等物質，作為自我醫療。就此而言，聖誕老人透過超極限運動獲得 natural high 真是健康的好方法，但好孩子們真的不要效法他飆車才好啊。

證據四：衝動控制

根據多數聖誕老人的照片看來，老人家體態福氣十足。英裔美國人的傳統，聖誕老人進入人家，留下禮物，也會看到孩子們為他準備的食物…這樣，在平安夜逐門逐戶吃喝，千份萬份上億份的餅乾與牛奶全下肚！聖誕老人身為資深極限運動員，卻管不住自己的嘴巴。讓我們面對現實吧，他有不為人知的衝動控制困難。

研究^[2,3]發現 ADHD 成人有過重或肥胖風險。從小就有 ADHD 的成人男性，肥胖（身高體重指數 BMI 超過三十）機率是一般人兩倍^[4]。這和過動症特有的衝動控制不佳以及自我調節不良有關；生活環境中若隨手可得大量垃圾食物，要能成功抑止一口接一口，可能比登天還難。

證據五：過動

神奇的是，儘管肚子裡那一圈圈的餅乾與牛奶海，聖誕老人活力超級充沛，他快速移動，他哪裡都去，唯獨沒法靜靜地待在原地啥都不做——這是最廣為人知的過動症狀。

異於常人，不等於「不如別人」

基於上述這些非典型行為表現組型，筆者高度懷疑聖誕老人是 ADHD 家族的一員。不過若是要作臨床正式診斷，這些資訊還不夠。

正式的診斷除了需要考慮症狀總數或嚴重度，還要了解部分症狀是否在 12 歲前即已出現；症狀持續 6 個月以上；且必須是跨情境的負向影響：除了職場問題，這些症狀也干擾他的人際關係、家人相處或生活日常。

聖誕老人若是非典型大腦的過動症，那他善於找到（創造）一份適合自己的工作；這是能給成人 ADHD 者作為啟發的一種典範。

找到適合你大腦特性的職業

以聖誕老人為例，適合他的工作含括散播溫暖、職務單純（遞送、駕車）、工期彈性（不用固定時間／每日上班）、立即回饋（隔天就能收到感謝信）、身體活動、環境新奇多變、獨立作業，這些特性。

當你從事的工作或作業方式包含越多對 ADHD 特質友好的元素，你就越有機會在職場成功。

這篇文章寫給——每一位跟聖誕老人同樣在自己的崗位上努力不懈了一年又一年的工作者。

是如此包羅萬象、特質殊異的你我，各司其職，才能攜手成就這整個世界美好。

祝大家聖誕節快樂！

想要了解更多 ADHD 者的樣貌，及背後的執行功能困難，請見：兒童才會有過動症？從亞當．李維的經歷，來談「成人ADHD」

註解

註1：「過度專注」是一種對某物或活動展現出高強度聚焦的固著（fixation）狀態。當事人僅關注到當下感興趣的目標對象，其餘所有感官接收或訊息處理都被忽略，因而干擾到履行職責、正常的人際或生活功能。是注意力問題的其中一種類型，嚴重者甚至寫報告專心到家裡失火也渾然未覺；也常造成旁人或親密伴侶的痛苦。

參考文獻

• [1] Binkovitz, L., & Thacker, P. (2015). What does molecular imaging reveal about the causes of ADHD and the potential for better management?. Current Psychiatry, 14(9), 34-42.
• [2] Tomasz Hanć. ADHD as a risk factor for obesity. Current state of research.Psychiatr. Pol. 2018; 52(2): 309–322.
• [3] Cortese S., Ramos Olazagasti M.A., Klein R.G., Castellanos F.X., Proal E., Mannuzza S. Obesity in men with childhood ADHD: A 33-year controlled, prospective, follow-up study. Pediatrics. 2013;131:e1731–e1738. 
• [4] Cortese S., Moreira-Maia C.R., St Fleur D., Morcillo-Penalver C., Rohde L.A., Faraone S.V. Association Between ADHD and Obesity: A Systematic Review and Meta-Analysis. Am. J. Psychiatry. 2016;173:34–43. doi: 10.1176/appi.ajp.2015.15020266.

• 文／張之傑

日本位於東九時區，時間比我們早一小時，所以飛機降落東京，第一個動作就是將手錶撥快一小時。

我們 4 月 20 日在橫濱上船，當晚離開橫濱。23 日，《船內新聞》發佈調整時差的消息：「今晚臨睡前，或即將進入深夜 12 點時，請將手錶、時鐘調慢一小時。」這意味著我們進入東八時區了。

時區的劃分——和地球自轉有關，但各國不一定遵守

由於地球自轉，不同經度的國家，日出、日落的時間不同，這就是時差。在農業社會，世界各地各自訂定自己的時間。十九世紀隨著長途鐵路運輸的發展，有人提議劃分時區。1883 年，美國鐵路部門正式將美國東岸到西岸劃分為五個時區。1884 年召開的華盛頓國際經度會議，通過時區劃分，從此有了時區。

時區怎麼劃分呢？以通過英國格林威治天文台的經線（本初子午線）為零度，向東為東經，向西為西經，東西經於 180 度相遇。劃分時區時，從經線零度向東或向西，每十五度為一個時區，亦即相差一小時。從經線零度到 180 度，跨越十二個時區。我們台灣位於東八區，就是經線零度以東的第八個時區。

我們搭乘的郵輪 4 月 23 日抵達香港，30 日晨抵達新加坡，根據《船內新聞》，當天日出時間為 6 時 51 分，日出得好晚啊。查看新加坡所在的時區，位於東七區，可是我們並沒調慢一小時啊！5 月 2 日晨，抵達檳城，日出時間為 7 時 06 分，更晚了，依然沒調時間。這是怎麼回事？

原來各國的時間，並不一定遵照時區。舉例來說，中國大陸跨越五個時區，但全國都以北京時間（東八區）為準。新加坡位於東七區，馬來西亞也有一部份位於東七區，卻與北京時間一致。從世界時區圖來看，類似的情形還真不少呢。

缺了一天的報紙——跨過換日線，日子居然會憑空消失？

5 月 2 日夜晚 9 時許離開檳城。5 月 3 日《船內新聞》標頭下有一反白專欄：｢時差調整日」，今夜 12 時，將時鐘調慢一小時。早餐時桌上也放著提醒調整時差的標示。這是離開日本後第二次調整時差。由於一路往西，此後不時收到調整時差的通知。6 月 7 日船到紐約（位於西五區）時，已和台北時間（東八區）相差了整整十二個小時。

6 月 19 日，通過巴拿馬運河進入太平洋。27 日抵達復活節島。6 月 7 日抵達大溪地。一再調整時差自不在話下。7 月 10 日，《船內新聞》標頭下有一反白專欄：「因為跨越換日線，明日的日期將變更為 12 日。」11 日平空消失了！

這消失了的一天還有個小插曲。環球之旅 8 月 1 日結束，7 月 31 日整理《船內新聞》，預備返台後釘成一冊，怎麼找都找不到 7 月 11 日的。當我們找遍每一處可能的地方時，才猛然想起來，7 月 11 日因跨越換日線而消失了嘛，哪來的這天的《船內新聞》！

我們從東一路往西，所以跨越國際換日線增加一日。如果從西一路往東呢？跨越國際換日線就會減少一日。世界名著《環遊世界八十天》的最後翻盤，就是因為他們一路往東，跨越換日線時減少了一天。如果您沒看過這部世界名著，就讓我簡單的介紹一下吧。

一路向東，最終完成一場賭注：《環遊世界八十天》

英國有位名叫福克的紳士，家境富有，為某俱樂部會員。福克以兩萬英鎊與俱樂部同仁打賭，可在八十天內環遊世界，於是帶著法籍僕人帕斯巴德踏上征途。主僕二人從倫敦啟程，七天後到達蘇伊士運河，遇到英國刑警費克斯。費克斯認為福克與倫敦的一宗銀行劫案有關，於是緊隨福克主僕，並試圖阻撓他們的行程。

接著他們以十三天時間來到孟買，搭火車前往加爾各達，鐵路中斷了一段，福克買了一頭大象，穿越叢林時救出被迫殉夫的王妃娥妲。福克一行再次搭上火車，到達加爾各達全程耗時五天。從加爾各達啟航，十三天後到達香港。

費克斯見拘捕令遲遲未到，於是在碼頭附近酒館將帕斯巴德灌醉，並讓他吸鴉片，致使帕斯巴德昏睡三小時後，迷迷糊糊地被抬上船，因而未能通知主人船隻提早啟航的事。福克只好雇了艘快艇送他到上海，輾轉到了橫濱，花了他六天時間。

在日本，福克和帕斯巴德重逢，兩人帶著娥妲繼續上路，利用二十二天到達舊金山，再轉乘火車前往紐約。途中遇到野牛群擋路、印地安人搶劫火車，和印地安人槍戰時，帕斯巴德被俘。等到救出帕斯巴德，火車已經開走，只好雇用風帆雪橇，在雪原上又遇到狼群。一共花了七天才到達紐約。

然而從紐約到英國的船已開船，福克毅然搭上一艘開往法國波爾多的船，並強迫船主將船駛向利物浦。渡過英吉利海峽，抵達利物浦，卻被費克斯逮捕，扣押幾個小時後證實無罪開釋。

從利物浦搭火車回到倫敦，發覺已經超過時限，這時帕斯巴德卻發現他們提早一天回到倫敦，因為他們一路往東，越過國際換日線減少了一天。福克娶娥妲為妻，並贏得兩萬英鎊。