有四組物理學家團隊各自想出了類似的可以達到牽引光束效果的想法。方法是使用一種貝賽爾光束，它是一種特殊的光束，由許多與光束方向有相對角度重疊的光波所組成。一般光束會施加一個推力在物體上，貝賽爾光束施加的力都比一般的光束還少。為克服仍存有的微小推力，被移動物的材質特性和光束內單獨光波的偏振性、同時性都被調整，以至於物體可以輻射出更多沿著貝賽爾光束前進的光，而非向著光源的。被輻射的光就像是反方向的推進器，推力比貝賽爾光束更為強大。然而，所造成之拉力不足以拉動一艘太空船，不過一粒鹽倒是可以。這種現象已足以操作細胞大小級的生物標本。
資料來源：PhysicsToday: Star Trek-style tractor beams may be possible [ November 15, 2011]
作者：Eric Chiu
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
討論功能關閉中。
你還記得科幻電影裡，當飛碟要接收物質或人員時，會直接從空中打下一道牽引光束來將目標吸上去嗎？（想想Star trek或是魔神英雄傳的龍王號）而現在，科學家真的做出了一台類似牽引光束的機器，不過是水波的版本～
讓我們先試著思考一下，當波由波源發射，一個在其路徑上的物體會往那裡跑呢？最直覺的想法，通常是物體會順著波前進的方向跟著移動，就像是沙子會被海浪沖上岸，或是衝浪者會順著海浪往岸邊靠一樣；但科幻電影中的牽引光束卻與這樣的想法完全相反，當牽引光束由飛碟發射，被照到的物體反而會像是被吸引般，朝著波源的方向移動。這真的有可能做到嗎？澳洲國立大學（Australian National University, ANU）的Michael Shats團隊設計了一套水波發射裝置，可以實現上面所述，直覺上看似不可能的牽引效果。
在實驗中，他們以乒乓球作為漂浮物，利用簡單的起波器，透過調整頻率和振幅來製造出特殊的波形，進而控制球的漂移方向：
「我們發現，這些複雜的、三維的波，會在水的表面構成特殊的波形。除了可以達到牽引的功能，也可以控制乒乓球往其他方向移動」Michael Shats說道。
目前對於這樣的水波形態研究，尚沒有成熟的數學模型來描述，這點不論對於該研究作者，或是對於筆者來說，都是一件十分驚訝的事。期望在不久的未來可以針對這樣的系統，與其波形移動造成的運動模型，有更加深入詳盡的分析。當我們可以深入了解背後的「為什麼」，才能有效調整其程式設計，創造出各式各樣能讓物質運動的波，進一步應用在，像是收集海上浮油等用途上。
延伸閱讀：
參考資料：Generation and reversal of surface flows by propagating waves, Nature Physics, DOI: 10.1038/nphys3041
資料來源：Physicists create water tractor beam [PHYS.ORG, August 10, 2014]
紐約大學的 David Ruffner 與 David Grier 已開發出一種技術，利用 Bessel 射束（Bessel beams）將一個粒子朝來源拉過去。在他們發表於 Physical Review Letters 的論文中，他們描述如何使用他們的技術，將大小為 30 微米、懸浮在水中的二氧化矽球體拉向一個雷射光源。
一種利用能量將一物體朝光源拉過去的裝置因知名 Star Trek 中的虛構技術而被稱為「牽引光束（tractor beam）」。此類裝置迄今尚不存在，但 Ruffner 與 Grier 所完成的這項新研究證明，那是有可能辦到的！他們的研究是基於某種形態的雷射，稱為 Bessel 光束（譯註：Bessel 射束也可以是聲音輻射或重力輻射）。
Bessel 光束，以其創造者 Friedrich Bessel 為名，是某種雷射，那將光引導成圍繞某一單點的同心圓，而非成為一道光束。不像一般的雷射光束，來自 Bessel 光束，在其光點上的光不會繞射（diffracted，衍射），而且因為此光點是由來自同心圓的光所形成，如果它遇到路徑中的某一物體， 它能夠再形成（reform）（光點）。該團隊發現，此特性讓它夠拉動一粒子。
去年，一支中國的研究團隊算出，有可能將 Bessel 光束指向一粒子並以下列方式微調之：使光擊中前端後再形成，再成形然後擊中後端（to have the light that reforms after striking the front end, reform and strike the back end），那在理論上應當將粒子往回推向光源。最後結果看起來應該像是一道牽引光束。
在發現他們無法將 Bessel 光束調整到需要移動一粒子的程度後，Ruffner 與 Grier 試圖使用二道 Bessel 光束 — 以一個透鏡使光束稍微彎曲，導致它們重疊。那導致一種閃光燈效應（strobe effect，頻閃效應），光在粒子後端交替亮、滅，提供足夠能量將它朝原光源回推。最終結果是一套設備，以人眼觀看時，會產生把粒子朝來源裝置拉過來的錯覺，換言之一道牽引光束。
這兩人所建造的牽引光束將需要很多很多能量才能擴大到允許移動大型物體，而且如果這樣的裝置被造出來後，很可能在牽引過程中就會將這些物體摧毀。但那確實暗示，若使用其他能量強度較少的光源，這樣的裝置也許有可能會成真。
資料來源：Physics duo create tractor beam using dual Bessel beams. Phys.org [October 22, 2012]
轉載自 only perception
有四組物理學家團隊各自想出了類似的可以達到牽引光束效果的想法。方法是使用一種貝賽爾光束，它是一種特殊的光束，由許多與光束方向有相對角度重疊的光波所組成。一般光束會施加一個推力在物體上，貝賽爾光束施加的力都比一般的光束還少。為克服仍存有的微小推力，被移動物的材質特性和光束內單獨光波的偏振性、同時性都被調整，以至於物體可以輻射出更多沿著貝賽爾光束前進的光，而非向著光源的。被輻射的光就像是反方向的推進器，推力比貝賽爾光束更為強大。然而，所造成之拉力不足以拉動一艘太空船，不過一粒鹽倒是可以。這種現象已足以操作細胞大小級的生物標本。
資料來源：PhysicsToday: Star Trek-style tractor beams may be possible [ November 15, 2011]
作者：Eric Chiu
