屍體為什麼會硬梆梆？

澳大利亞維多利亞州的驗屍官，每年獲報 7,000 個案件，主要涵蓋意外死亡，以及診療後或照顧、監管中喪命。它們的現場照片、已知情況、電腦斷層掃描影像和屍體外觀，通常先由鑑識病理學家檢視。同時，家屬可能有所疑慮，並要求解剖。驗屍官會綜合以上，決定是否動刀。這回維多利亞法醫機構（Victorian Institute of Forensic Medicine），從驗屍官那裡收到兩個疑似上吊的案子，得先進行初步的司法驗屍。^[1]

電腦斷層掃描

儘管無法完全取代解剖，電腦斷層掃描仍是驗屍的重要程序：一方面，可以在動刀之前，為屍體留下永久性的電子紀錄；另方面，也能預覽哪裡是解剖時得特別注意的部位。^{[1, 2]}所有來到維多利亞法醫機構的屍體，都會被德國進口的西門子電腦斷層掃瞄儀，從頭到腳，仔細地掃描一次。^[1]

驗屍

A 男是個 173 公分高，67 公斤重，20 來歲的青年。有憂鬱症病史，而且最近承受不小的人際壓力。一條直徑 1.5 公分的繩索，繫住他的脖子，繞過左耳後方，將整個人懸吊於樹上。電腦斷層掃描顯示他右邊的下顎髁骨（mandibular condyle）向前錯位，連帶下顎左邊偏移、交錯咬合（crossbite）；還有舌骨（hyoid bone）左側的大角（greater cornu）骨折，而右側的變形。外觀檢查方面，已經出現屍僵（rigor mortis）、屍斑（postmortem hypostasis）；但尚無分解腐化的跡象。下巴向左傾斜，脖子則被繩索擦傷。^[1]

B 男，30 幾歲，高 181 公分，重 111 公斤，也有人際上的壓力。急救人員趕到工廠，弄斷直徑 1 公分，順著右耳後方懸起的繩索，將他放下。電腦斷層掃描影像上，他左側的下顎髁骨向前移位，造成下顎右側偏移、交錯咬合；舌骨右邊與甲狀軟骨（thyroid cartilage）上角（superior cornu）骨折。以肉眼觀察的話，跟A男一樣，可見屍僵及屍斑，而且也還沒腐爛。他的下巴朝右傾；脖子的皮膚被繩索磨出褐色、乾燥的擦傷；結膜與鞏膜有些瘀點（petechiae）。^[1]

下巴單邊脫臼

除了四肢受傷，上吊主要會破壞頭、頸，特別是導致頸部擦傷；皮膚和眼睛的瘀點；以及舌骨、頸椎、喉頭軟骨骨折等。^[1]其中喉頭軟骨，包含上述的甲狀軟骨。^[3]因此，這兩名死者大部份的創傷，都不令人意外。不過，以往的文獻似乎沒有把顳顎關節（temporomandibular joint）的下顎髁骨向前移動，使下巴單邊脫臼的現象，視為觀察重點。^[1]

死後狀似受傷的屍體變化，鑑識病理學家一般都頗為熟悉。比方說，腐敗的過程中，關節會開始鬆脫。可是這兩具屍體，都還沒分解到那個程度。那麼會不會是死前遭受鈍器傷害，或是他殺所致？兩名男子不僅都有自殺的動機，身上沒有被攻擊的跡象；警方也未在現場找到他人介入的證據。另外，在正常狀況下，下顎髁骨向前時，嘴巴應該會張開，跟這裡的情形不同。^[1]

維多利亞法醫機構的團隊認為，兩具屍體下巴單邊脫臼，是因為繩索懸吊時的力道偏向一邊，固定住下顎同側的關節，卻將對角的那頭拉離原位，而且必定是屍體僵硬了才發生，所以嘴巴無法大開。他們覺得這個新發現的吊死特徵，值得與其他同業分享。於是圖文並茂地寫了篇個案報告，發表在 2023 年 7 月 18 日的《國際法醫期刊》（International Journal of Legal Medicine）上，還介紹電腦斷層掃描儀的型號及技術摘要，供大家參考。^[1]

參考資料

1. Glengarry J, Beaugeois M, Bugeja L, et al. (2023) ‘Suspension-associated dislocation of the jaw in hanging’. International Journal of Legal Medicine, 137, 1489–1495.
2. Sonnemans LJP, Kubat B, Prokop M, et al. (2018) ‘Can virtual autopsy with postmortem CT improve clinical diagnosis of cause of death? A retrospective observational cohort study in a Dutch tertiary referral centre’. BMJ Open, 8:e018834.
3. Suárez-Quintanilla J, Fernández Cabrera A, Sharma S. (05 SEP 2022) ‘Anatomy, Head and Neck: Larynx’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.

1945 年 7 月 16 日美國時間早上五點三十分，在新墨西哥州的托立尼提沙漠內，人類史上第一顆核武器 The Gadget 引爆，爆炸溫度 7 千萬 K，三位一體核試驗宣告成功。這次爆炸不僅留下 80 公尺寬的核彈坑，徹底打開了潘朵拉之盒。

知名導演克里斯多福．諾蘭的電影「奧本海默」，用鏡頭為我們帶來奧本海默這位偉大科學家波瀾壯闊的一生，從他為人類取來核武器火種以威懾納粹，但意識到自己帶來的不是文明之光，而是毀滅之火。最後拒絕繼續參與氫彈的開發，卻捲入共產思想疑雲的政治風暴之中。

奧本海默的精彩故事，歡迎大家進電影院好好體會，但在進戲院之前，我們先來了解，這位原子彈之父，是怎麼做出原子彈的。為何曼哈頓計畫需要召集如此多的科學家，甚至招募多達 13 萬名員工來完成這項壯舉？預告片中出現的這個球體，是如何改變人類的歷史？

原子彈如何被製造？

1945 年 8 月 6 日與 8 月 9 日，兩枚原子彈小男孩與胖子分別在廣島與長崎的 550 公尺上空引爆，雖然終結了第二次世界大戰，但造成的直接與間接死傷，更震撼了全世界。

雖然兩顆笨重的原子彈重量超過 4 公噸，但真正的核燃料核心在原子彈小男孩中只占了 50 公斤，而且經過計算，實際參與反應的可能只有其中 1 公斤。另一個原子彈胖子的核心更小，只有 6.2 公斤，是個直徑約 10 公分的球體，實際參與反應的部分大約是 1.2 公斤。

根據愛因斯坦著名的質能等價公式 E=mc^2，我們可以計算出在反應中損失 1g 質量，會產生大約 90 兆焦耳的能量，相當於 2 萬噸 TNT 的能量。1g 質量換 2 萬噸 TNT，難怪不論哪個陣營都想盡快開發出這恐怖的炸彈。預告片裡面也提到，許多科學家都擔心「如果我們不現在加緊研發，被納粹先做出來了怎麼辦」，而推動了這足以毀滅人類的軍武競賽。

但是，就算有了質能等價公式，卻還是無法憑空造出原子彈。我們過去在討論核能的影片中提過，核反應要持續，需要靠連鎖反應。一個反應堆中，每吸收一個中子就會釋放一個中子，讓反應穩定進行下去，稱為臨界狀態，也是一般核能發電廠希望達到的狀態。如果吸收一個中子，卻釋放不到一個中子呢？，那就稱為次臨界。所有沒在反應的燃料棒都應該處於這個狀態。原子彈呢，當然是希望吸收一個中子，釋放出超過一個中子，讓反應快速連鎖下去，在極短時間釋放巨大能量。這個狀態稱為超臨界或是過臨界狀態。

這邊提個物理學家間的有趣討論，預告片中，由麥特戴蒙飾演的格羅夫斯少將問奧本海默，在 The Gadget 試爆的瞬間，世界有沒有可能就此毀滅，奧本海默回答「機率幾乎是零」。這件事其實是出自奧本海默與另一位物理學家康普頓的討論，他們想到，大氣中有許多氫氣、氦氣、氮氣等輕元素，核爆瞬間可能會因為高溫在大氣中引發核融合，甚至產生連鎖反應，連海水中的氫都發生爆炸，讓地球化為太陽，世界終結。奧本海默和其他科學家還實際嚴密計算，確認機率幾乎是零。

雖然核融合與核分裂的條件不相同，這個假設放在現在可能覺得太過誇張，但這也說明要讓核反應連續下去並不簡單。

在核分裂中，要達成超臨界狀態並不容易。在理想條件下，鈾 235 每吸收一顆熱中子，會產出 2.06 個中子，吸收快中子則會產出 2.5 個中子。另一個原子彈核燃料鈽 239，則在吸收熱中子和快中子兩種不同能量的中子後，分別產出 2.1 和 3 個中子。然而實際上，中子往四面八方移動，並不是所有的中子都會被原子核捕獲。加上未濃縮的燃料中含有大量其他元素，例如鈾 238，導致燃料堆很難進入超臨界狀態，大幅降低炸彈的效果。等等，既然如此，曼哈頓計畫是怎麼克服這件事的呢？

如何讓原子彈進入超臨界狀態？

1942 年 12 月 2 日，人類史上第一個核反應堆－芝加哥 1 號堆 CP-1，在物理學家費米的主持下，初次達到臨界狀態，曼哈頓計畫成功踏出第一步，人類正式進入原子能時代。預告中一閃而過的這個結構，就是 CP-1，由 4 萬多個作為中子減速劑的石墨塊組成，裡面塞著一顆顆的鈾塊。

很難想像的是，在當時，控制臨界狀態的控制棒竟然是讓人用手抓著的，反應堆的位置還在芝加哥大學的足球場底下 (Stagg Field)。

在這之後，曼哈頓計畫進入下一個階段，洛斯阿拉莫斯國家實驗室 LANL（也就是電影預告中的小鎮）成立，奧本海默擔任首任主任，並聚集了當時幾乎所有能找到的物理、化學、工程學專家。

為了讓原子彈能順利進入超臨界狀態，科學家的第一步，就是要濃縮鈾。將天然鈾礦中佔 0.7% 的鈾 235，濃縮到將近 100%。這不簡單，首先，鈾的沸點是攝氏 4000 度，因此要先與氟反應成沸點只有攝氏 57 度的六氟化鈾，接著利用兩者質量的些微差異，使用氣體擴散法或是離心法分離。

以氣體擴散法為例，氣體通過過濾材料的能力，正比於分子量的平方根，然而六氟化鈾 235 和六氟化鈾 238 的分子量分別是 349 和 352，只差了 0.85%。實際上兩者穿越過濾膜的能力大約是 1 比上 1.003，也就是經過一次濃縮，濃度會從 0.7%，變成 0.7021%，經過 100 次濃縮，濃度才會從 0.7% 變成 0.945%，要濃縮到接近 100%，非常耗時又耗力！雖然後來還有發展熱擴散法、透過雷射游離後分離的方法，或是結合質譜儀與迴旋加速器磁鐵的電磁分離法，但不論哪個，不是技術要求極高，就是需要重複多次，有些方法還會有臨界事故的風險，選項其實也不多。

但積沙成塔，聚少成多，只要肯花時間與人力，遲早都能得到濃縮鈾。有了寶貴的濃縮鈾，和來自中子照射鈾 238 產生的鈽 239，終於，原子彈可以登場了。

原子彈如何運作的？

原子彈是如何運作的呢？我們先從「小男孩」開始說起。

原子彈小男孩採用的是槍式結構，裡面有四個重要構造：核心、起爆劑、反射體、和起動物。在炸彈尚未引爆時，含有高濃度鈾的核心會先被分為左右兩塊。爆炸時再透過起爆劑讓兩塊核心撞在一起，進入超臨界狀態。

為什麼兩塊併為一塊就會進入超臨界？這是因為在連鎖反應時，中子會不斷從核心的表面逃脫，變成無效的中子，減緩連鎖反應。對於核心這種球體來說，表面積與體積的比值，會與直徑成反比。也就是當球體越大，表面逃逸的中子對於整體的影響就越小，內部就能有更強的連鎖反應，直到臨界狀態。此時核心的質量，就稱為臨界質量。

在小男孩中，被拆成兩半的核心各自都未達到臨界質量，直到兩塊撞在一起，才進入臨界甚至超臨界狀態。這時，旁邊以鈾為材料的反射體，則負責將溢出的中子反射回核心，進一步觸發更強烈的連鎖反應。

最後，為了讓反應在核心撞在一起的瞬間，就以最激烈的方式進行，核心通常會設有「起動物」，由鈹－9 和釙－210 組成。釙 210 會因為自然衰變，不斷產生 α 射線，鈹則會在吸收 α 射線後產生中子，作為整個連鎖反應的開頭。在原子彈爆炸前，鈹和釙會跟著分成兩半的核心分別放在兩側，隨著核心碰撞的瞬間產生反應，釋出大量中子。

但槍式構造的反應方式效率十分低下，原子彈小男孩中實際參與反應的燃料，根據事後計算，大約只有五十分之一。而且，槍式結構也無法使用連鎖反應更強的鈽作為燃料。

因此，電影中球型的內爆式原子彈就登場了。

什麼是內爆式原子彈？

胖子原子彈的燃料使用率大約是 1/5，是小男孩的十倍，這是因為它採用了內爆式結構。

回頭說一下，小男孩的槍式結構雖然效率不高，但結構簡單不易出錯，因此甚至沒有測試過就被投入實戰。

而內爆式的胖子因為容錯率低，因此前面才有三位一體試驗中原子彈 The Gadget 的試爆。

內爆式結構複雜在哪呢？在內爆式結構中，最內層一樣是用金屬層隔開的起動物鈹－9 和釙－210，外面是由鈾和鈽組成的混合氧化物核燃料 MOX，更外圈是用來反射中子的反射體。在反射體外面，占整顆炸彈體積最大的，是一般的炸藥。作用是在起爆時，將核心用力往內擠壓，將核心推向超臨界狀態，讓起動物的金屬隔層破裂，誘發中子釋放。在原子彈誘爆初期，因為外頭炸藥的擠壓，中子會在反射層內快速反彈，大大增加燃料的使用率。

在預告畫面中的球體，就是標準的內爆式原子彈。在結構正中央的圓形物體，其實是反射層，核心和起爆物都被包裹起來，在看不見的更裡頭。而外面一塊塊的多邊形結構，其實都是炸藥，負責擠壓核心，但如何在內爆時讓核心維持完美球形，不會因為壓力不均而從某側破裂，卻是一項巨大挑戰。

為了確保達到預期效果，原子彈中含有爆炸速度快與慢的兩種炸藥，透過時間差，讓反射層在壓縮核心時能維持對稱的圓形。為了解決這個艱鉅的挑戰，數學家約翰．馮紐曼發展了 ZND 模型，用來計算火藥與震波的模型，成功計算出快、慢火藥的比例與配置。沒錯，就是那位提出電腦馮紐曼架構的那位馮紐曼。

更進一步，為了達到計算的效果，32 塊炸藥需要在千萬分之一秒內同時引爆，然而當時的雷管引爆誤差可能有 1/10 秒以上。這時，另一位物理學家阿爾瓦雷茨出馬了，他開發出 EBW 式雷管，解決了問題。這種雷管允許大電流通過，但同時也需要總重量一公噸的電池和電容器才能運作。預告片這句「起爆器已充電」指的應該就是這些電池與電容。

至此，濃縮燃料、內爆式結構和啟爆裝置都就緒了，接下來的故事大家都知道了。1945 年 7 月 16 日早上五點三十分，刺眼的火球照亮整個沙漠（聽說只有費曼裸眼看了這場人類核彈首爆秀），人類在核武器的發展上已經無法停下腳步。

導演克里斯多福．諾蘭的最新大作《奧本海默》，改編自這本獲得普林斯頓獎的傳記「American prometheus The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer 」，《奧本海默的真相與悲劇》，並冠上副標 American prometheus 美國普羅米修斯，象徵為人類取來原子之火。

三位一體核試驗成功的 20 年後，奧本海默回憶到：「我們知道世界自此就不再一樣了。有的人笑，有的人哭，但大部分人沉默無言。我想起了印度教古典《薄伽梵譚》中，毗濕奴對阿周那王子所說：『我現在成了死神，世界的毀滅者。』我想，我們大家都多多少少是這樣想的。」

兩顆原子彈在日本被投下的隔年，奧本海默拒絕參與第四次核試驗，也拒絕杜魯門總統邀請的氫彈計畫。從此，這位原子彈之父人生出現重大轉變。小勞勃道尼飾演的原子能委員會主席，路易斯．史特勞斯，也將為奧本海默的人生帶來許多風雨。

電影原作書籍的兩位作者 Kai Bird 和 Martin J. Sherwin，雖然不是奧本海默的好友，但兩位都是歷史學家，也是政治、核武和冷戰的研究專家。書中從奧本海默小時候的成長與求學開始、講到他參與曼哈頓計畫與擔任洛斯阿拉莫斯國家實驗室主任、成為原子彈之父、受到政治迫害，最後獲得平反，鉅細靡遺地介紹了他的一生與心境變化。整本書花了 25 年完成，蒐集了成千上萬份收藏於美國國會圖書館，來自奧本海默的文件、以及 FBI 超過 25 年累積了數千頁的監控紀錄、還採訪了將近一百位熟悉奧本海默的密友、親戚與同事。光是聽以上的說明，就已經能想像其豐富又崎嶇的生活歷程了。

關於這些科學家之間的互動與理念的碰撞，我們就等著進電影院，看諾蘭大師如何透過鏡頭，介紹這段人類的重要歷史吧！

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識！

22 歲的義大利男性學生跟人講好時間，卻不知何故爽約。對方找上家長，但後者試圖電話聯絡，都無人接聽。該學生住所的公寓管理員，於是受家長請託，帶著備用鑰匙，前去查訪。當她推開門，潺潺水聲從浴室的方向，傾瀉而來。^[1]

命案現場

急救人員接獲管理員的通報，抵達現場。看見一名膚色淺，體毛黑，近乎全裸的男性，躺在浴缸裡。蓮蓬頭的水，朝男子頭上罩著的帆布袋直沖。他們把水關了，剪斷頸部的白色尼龍繩，掀開帆布袋，宣告男子死亡。（請慎入命案現場無碼照片。）^[1]

警察與鑑識專家稍後趕到蒐證：男子的手臂和手腕都被捆著，還有一只小鎖緊扣左右兩邊的尼龍繩。小鎖的鑰匙跟一把剪刀，落在浴缸底部，算是雙手可即之處。屍斑（post-mortem lividity）明顯，只是部份因背部擠壓而消失。脖子、四肢與開闔嘴巴的顳顎關節，都呈現屍僵（rigor mortis），已經硬化。^[1]（請慎入屍體照片。）

公寓內乾淨整潔；門窗沒有強行進入的跡象；廚房桌上，有咖啡及水各一杯；用剩的尼龍繩，則散落於臥室地板。家屬向警方表示，男子既沒有精神病史或社經困難，亦未曾顯露自殺傾向。^[1]

死亡時間

由於男子似乎剛過世不久，從死後身體降溫的屍冷（algor mortis）現象，判斷死亡時間，會是最精準的方法。^[2]此時室溫 24.0 °C，而男子的肛溫 32.5 °C，^[1]再配合體重和衣著覆蓋程度等資訊，^[3]根據 Henssge 列線圖（Henssge nomogram），可推估死亡時間為 5 至 12 小時前。^[1]

司法驗屍

36 小時後，檢方要求米蘭鑑識機構（Milan Institute of Legal Medicine）進行司法解剖：男子高 180 公分，重 70 公斤。身上沒有鈍器損傷，或自我防禦的痕跡。照理來講，死前若曾掙扎，上肢通常會留下不少的傷。他頭顱兩側，位於耳朵附近的顳骨岩狀部出血。胃裡僅有 50 毫升的褐色液體，無食物殘渣。呼吸道方面，肺臟外表蒼白，內部進水，體積過度膨大，且部份區域出血；肋膜下有瘀點；氣管、主支氣管裡，則有帶血色的泡沫。死後理應崩塌的肺部，受支氣管裡的積水影響，於水性肺氣腫（emphysema aquosum）的情況下，維持著吸氣時鼓脹的形狀。 ^[1]

另外，由送驗的毛髮、血液、尿液、膽汁、鼻腔拭子、腦部切片和胃部殘留物等，排除男子在酒精或藥物抑制中樞神經的狀態下，被人殺害。而公寓內採集到的 DNA，都屬於他本人。警方調閱監視錄影，也證實在估計的死亡時間內，周邊沒有可疑活動。^[1]

水刑

最後，法醫判定男子死於水刑（waterboarding）溺斃，一種向口鼻灌水，極其嚴酷的軍事逼供手段。然而，文獻統計 215 起浴缸陳屍案件中，僅 11 起為謀殺，而且遭人強迫溺水窒息的那 2 起，有諸多鈍器損傷，明顯與此案不同。上述的其他證據和檢驗結果，也指出案發當時，應該沒有別人在場。那麼尼龍繩與帆布袋，大概得由男子自己捆上身。警方根據男子於命案現場的樣貌，反推綁縛的步驟，認為雖然困難，但是確實可行。法醫則解釋死者之所以這麼做，通常是為了避免因痛苦而反悔。不過，公寓內尋無遺書。直到 2021 年鑑識期刊登載此案，男子自殺的動機，依然不明。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

參考資料

1. Galante N, Terzi M, Gentile G, et al. (2021) ‘An unusual suicide by self-waterboarding: forensic pathological issues’. International Journal of Legal Medicine, 135, 2351–2356.
2. Shrestha R, Kanchan T, Krishan K. (30 MAY 2023) ‘Methods of Estimation of Time Since Death’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls.
3. Wilk LS, Hoveling RJM, Edelman GJ, et al. (2020) ‘Reconstructing the time since death using noninvasive thermometry and numerical analysis’. Science Advances, 6, 22.