智慧型紡織品:運動休閒用紡織品
傳統紡織品只賦予使用者遮蔽、保暖、美觀等功能,但近代舒適、保健、救護、通信成為新的需求。為了滿足消費者的渴望,「智慧型」紡織品因應而生。
月份: 一月 2020
傳統紡織品只賦予使用者遮蔽、保暖、美觀等功能,但近代舒適、保健、救護、通信成為新的需求。為了滿足消費者的渴望,「智慧型」紡織品因應而生。
運動休閒用的智慧型紡織品是結合電子科技與運動休閒服飾的新產品,主要以協助個人運動或休閒時衍生的需求為發展重點,並以使用者的角度發揮其特有功能。依應用趨勢來看,其特色都脫離不了把產品的運動用機能性與電子高科技功能結合,以達到更符合人性的創新產品訴求。
機能性紡織材料
隨著纖維技術的開發與進步,機能性的紡織品受到高度的關注和青睞。機能性紡織材料的開發不僅賦予紡織品諸多特殊的功能,例如高吸水、高吸濕、高彈性、潑水、潑油、防污、抗菌、防臭、消臭、芳香、導電、抗靜電、阻燃、蓄熱保溫、防紫外線、遮蔽電磁波等,而且還使紡織品在風格、手感、外觀上產生更舒適健康與安全的穿著品味。
吸濕排汗紗 這是專為顧客的乾爽舒適所設計的產品,在身體開始發汗時,能以最快的速率把濕氣自皮膚排至擁有最佳透氣度的織物表層。
這種布料就像一間空氣流通、除濕性良好的屋子,穿在身上,彷彿隨身攜帶除濕機一樣。當流汗時,內層的純棉除了維持貼身的舒適外,又可保持體溫,並迅速吸收汗水把它傳到外層。而外層的排汗纖維可快速地把水分散發,使與皮膚的接觸面保持乾爽。如此一來,即使在大熱天從事劇烈運動,也不會有汗濕黏黏的不適感。新一代產品的纖維分別有4與6通道的斷面結構,可讓汗水更容易透過新增加的表面毛細面積排出。
彈性纖維 這種纖維可以比橡膠更有彈性,拉伸可達4至7倍,回復率也可高達99%。而織物彈性的方向與程度,取決於彈性纖維在織物中的百分比、含量及針織或平織方式。其中針織是指紗線的結構是形成針圈,新的針圈再穿過先前的針圈,不斷重複以形成針織物。而平織是以交織的經紗與緯紗所構成的,可交織成不同的織物。
環保型纖維素纖維 這類的纖維是由木漿中的纖維素提煉而來。其原料百分之百是植物纖維,由純化的精製木漿製成,而製作這些木漿的原料木材,又來自「森林標準委員會」認可管理的森林。
新一代的環保型纖維素纖維,具有棉的「舒適性」、聚酯的「強度」、毛織物的「豪華美感」、以及真絲的「獨特觸感」與「柔軟垂墜」,無論在乾或濕的狀態下,都極具韌性。其整個加工過程全部是物理反應,使用的化學溶劑也都能回收利用,因此不會污染環境。百分之百的純天然材料再加上綠色環保的製造流程,使得纖維素纖維被譽為「21世紀的新型綠色環保纖維」。
透氣防水布料 把透氣防水布料薄膜貼合在其他特殊布料的內層或中層,可做成防水、防雪、透氣的衣褲、鞋子,深受登山界朋友的喜愛,也可用於醫療用品。由於登山者經常在山野間穿梭,出汗是必然的,有時也會因天氣關係而需要防水的保護,因此防水透氣的布料被很多戶外運動服飾所採用。
透氣防水布料薄膜是以夾層方式置於布料上,它的主要特點包括:
近年來推出的新產品,主要以空氣做為保暖層。保有空氣的方式是應用貼合法讓布面有如水管狀般,但各通道間相互連通。服裝內藏有一個吹氣與出氣管,使用者可因應氣候變化隨時調整衣服內空氣的多寡,進而達到保暖效果。
竹纖維 在顯微鏡下可觀察到竹纖維的橫截面有許多管狀間隙,這種天然的超中空纖維可瞬間吸收和蒸發水分,因此稱為「會呼吸的纖維」。竹纖維的特點是:透氣性好、懸垂感強、吸濕性優;貼膚性極佳,舒適涼爽、絲綢感明顯;染色性能優良、光澤特別亮麗;具有天然的抗菌滅菌功能,是綠色環保的紡織產品。
竹纖維因符合生態環保概念,吸引了許多國外品牌採用,主要仍以混織為主,如棉占30%。其主要優點包括質軟、手感佳、乾爽透氣、具涼感、抗菌防臭、抗霉菌、抗靜電、抗UV、可自然分解等。
與電子技術結合
音樂播放 具音樂播放功能的服飾,主要是藉由織物型態開關與電子應用產品介面相互融合,形成更人性化的產品。
目前已有公司把MP3娛樂設備設計在夾克內,強調MP3娛樂設備在行進移動時不會造成妨礙。夾克分別採用防水透濕的布料,手臂上的控制鈕可以控制iPod。
至於MP3運動休閒外套,則以織物排線傳導電訊,由於具備織物特性,可以直接融入於服飾。把iPod接頭與高撓性開關結合後,可以進行包括聲音變大、聲音變小、上一首、下一首、播放∕暫停等控制功能。
最近推出的太陽能MP3機車服飾,不僅具備專業機車服原有的防風、透氣、保暖等功能,更結合織物開關技術,設計成外套袖口的織物型態功能鍵,能輕易控制停止/播放、聲音大/小、快轉與快退等。而為了行動能源的需求,把可撓性太陽能薄片安置在外套上,透過織物線路布局把能源傳導至內建的二次電池,做為MP3播放器的動力來源。
發光互動 目前有公司推出光彩紡織品(photonic textiles),主要是把LED元件嵌入服飾,透過發光LED元件與服飾的結合達到兼具流行性與功能性的優點。西班牙的一個研究機構,則把發光LED元件與紡織品結合,開發了具有發光與警示功能的服裝。
此外,也有光彩MP3運動休閒外套的產品,把紅綠燈跑步人形輸入光彩MP3運動休閒外套,可藉由PDA或智慧型手機的應用軟體,以藍芽無線傳輸的方式,輸入自己喜愛的圖像或文字至光彩MP3運動休閒外套,提高運動使用者與民眾的互動,並兼具安全性。
發展願景
由於高科技電子技術的應用衍生出各種智慧型紡織品,包括把音樂穿戴在身上的服飾、能利用太陽能的機車服飾、運動休閒的發光互動服飾等。由機能性紡織品更發展出具有健康、舒適、安全等功能的穿著時尚,使人類生活品質更上一層樓。預期未來在特定族群、活動與市場將創造新的流行趨勢。
我國運動休閒紡織品產業已有相當基礎,無論從纖維、紗線、織物、整理加工到成衣,都具備整體的快速反應與機能性。此外,高科技電子化服飾的發展更需利用紡織工業做為基礎,結合異業技術與流行設計,兼顧美學性、機能性與技術性,朝向高科技電子資訊與紡織品互相交融的目標發展。
諾貝爾先生設立獎項的本意,在於獎勵科學上重要的研究與創新,但是科學研究中怎樣的發現或發明才是最重要的?何人的創意是最新的?貢獻最多?
自 20 世紀初以來,諾貝爾獎的鼓勵在科學發展上扮演了重要的推手,由於每年頒發的獎項有限,使其具高知名度與權威性。得獎者除了獲得巨額獎金及崇高的學術地位之外,更伴隨著優渥的研究資源,這也是科學家汲汲追求這項榮耀的動力。但科學研究的本質到底為何?卻值得我們深思。
永無止盡的探索
為了解釋自然界的現象,從古至今,科學家努力架構出有組織、有系統的知識,希望用簡單的規則說明所有的現象。無論是東方或西方,科學的興起多起源於對自然本源的思考。早期東、西方對於自然哲學的理論有許多相似性,但後來由於雙方的發展不同,以致產生了完全不同的結果。
在《莊子‧天下》中,惠施曾說:「至大無外,謂之大一;至小無內,謂之小一。」意即物質世界在空間上往大的方向看,可以大到沒有邊際,稱為「大一」,小的方面則可以到無限小,稱為「小一」。
惠施又進一步說明:「一尺之棰,日取其半,萬世不竭。」也就是說拿一支一尺長的木棍,每天對切拿去一半,天天如此重複,過了一萬年仍然可以繼續對分下去,這就是物質無限可分的觀念。墨家則採相反的論點,《墨經》中指出:有形的物體總是會分割到不能再分割的時候,稱為「端」,也可稱為物質的最小單位。
在西方世界中,古希臘時代就開始思索:物質是由什麼構成的?西元前 6 世紀,「萬物一元論」主張「宇宙萬物的根本原理只有一個」。在西元前 5 世紀時,古希臘學者德謨克利特(Democritus, BC460-371)創立了「原子論」,他主張物質由某種極小的粒子組成,並把它命名為「原子」。事實上,從文藝復興時代開始,西方的科學研究風氣日盛,人們仔細觀察了許多現象進行歸納、結論,然後提出新的理論及對未知的猜測。
但原子是組成物質最基本的粒子嗎?在X光、放射能發現後,科學家開始懷疑如果原子可以釋出放射線,不啻代表原子內應含有更微小的粒子。果不其然,湯姆生(J.J. Thomson, 1906 年諾貝爾物理學獎得主)在 1897 年發表了陰極射線的荷質比,並指出陰極射線是由比氫原子還小的「帶負電微粒」,即現今所稱的「電子」所組成。
之後,拉塞福在進行 α 射線大角度散射實驗時,又發現原子的內部應有一個核,至此原子結構的形貌大致確定。為了把原子分解得更細微,科學家仍繼續追求基本粒子的存在。但在一系列的研究過程中,原子的模型也就確認了。
就一般的想法,研究物質的基本構造時,最簡單的方法就是把它切成一塊塊後再進行觀察。問題是:當物質已經小到某一程度時,以傳統的方法根本找不到合適的工具繼續切割。除此之外,觀察的工具又是另一個瓶頸,當粒子小到比可見光波長還小時,人們就無法「看」到東西了。為了解決這些問題,科學家就發展出電子顯微鏡,雖然無法實際「看」到原子內部的結構,卻可以間接了解它。若再透過電腦的協助,具體的形象就呼之欲出了。
粒子物理實驗所用的工具是「粒子加速器」。早期科學家研究所用的迴旋加速器,是由勞倫斯(E.O. Lawrence)發明的,他自 1929 年開始建造迴旋加速器,並做了許多研究,且在 1939 年獲得諾貝爾獎。這種使帶電粒子在電場中因獲得能量而加速,再透過磁場來約束粒子運行軌道的加速器,可以讓電子的能量因不斷加速而增高。由於物質波變短了,因此可用來觀察更微小的目標物。
為了追尋基本粒子,各國又相繼設立粒子加速器。各實驗室果然也發現許多新的粒子,科學家又開始猜想這些粒子是否如同當初的原子模型一般,是由更小的粒子所組成的?1960 年代便有「夸克」(quark)模型及「部分子」(parton)模型的提出,以解釋質子、中子及其他粒子的組成結構。丁肇中先生在 1974 年發現了第 1 個夸克–J/Ψ 粒子,同時證明了另一種基本粒子「魅(charming)夸克」的存在,因此在兩年後獲頒諾貝爾物理獎。至今,基本粒子的探求研究仍持續進行中。
諾貝爾獎的影響
近百年來諾貝爾獎的鼓勵,在科學發展上扮演了重要的推手。諾貝爾先生設立這獎項的本意,在於獎勵科學上重要的研究與創新,但是科學研究中怎樣的發現或發明才是最重要的?何人的創意是最新的?貢獻最多?諾貝爾獎實質的意義又是什麼?它鼓勵人們創新發明,還是爭名奪利?這一連貫的疑問一直是諾貝爾獎受人爭議的地方。
事實上,科學的研究有優勢累積的效應。優秀的師徒傳承、高才育高才的模式是無可避免的現象,而優勢的累積包含研究經驗的傳承及思考方法的啟發。此外,著名且高水準的科學研究機構也是促成這種現象的重要因素。傑出的科學家在研究單位內具有舉足輕重的地位,通常有了著名科學家的進駐,便可把其他獨立研究的科學工作者,以及包含經濟資源的必要研究資源吸引過來。這樣的群聚效應提供年輕的科學工作者絕佳的學習環境,更因此創造了所謂的熱門科學研究主題與科學研究機構。
針對歷年諾貝爾獎獲獎的研究主題做一歸納,可尋出脈絡驗證上述說法。因為優勢累積效應及一般科學家的認知,科學研究中各個專門學科的發展其實是不平衡的,速度也有別。在物理學方面,從 19 世紀進入 20 世紀時有一重大的變革,使人類對於自然界的法則有了更新的認識與解釋,對於這一蟬蛻,諾貝爾物理學獎得主的研究與發現厥功至大。
除了上述原子模型的建立及基本粒子的探求外,量子理論及相對論的提出也具劃時代的意義。在 20 世紀物理學的發展史上,愛因斯坦的發現顛覆了古典物理的觀念。1905 年,他發表了 5 篇論著,其中包含狹義相對論及光電效應,使他榮獲 1921 年諾貝爾物理學獎的不是著名的相對論,而是光電效應。
光電效應的理論也頗具革命性,因為它打破了二百多年來「光是一種波動」的看法,而主張光是以量子或光子的狀態,把金屬板上的電子撞擊出來。愛因斯坦援用蒲朗克的「光量子論」解釋了這一現象,促成日後量子力學的建立。而他提出的相對論,也迫使人們從根本上改變對時間及空間的概念,因為在極高速、極遠距和極長的時間下,物體的行為與我們直觀的想像甚為不同。
從古典物理到量子力學、相對論的提出,現今仍繼續探尋著構成物質的最基本粒子、宇宙的起源及場的統一等理論,至於新能源的生產、奈米科技的發展,也都是量子革命的延續。
在化學方面,有機化合物的組成及生物化學是歷年來熱門的研究主題。其中 1953 年諾貝爾化學獎得主施陶丁格(Hermann Staudinger),為高分子物質的研究,例如橡膠和纖維素的結構,奠下基礎。他證明了長鏈結構高分子是由小分子的化學結合形成的,而不是簡單的物理集聚,並且探討了構成網狀結構聚合物的條件,以及確定了高分子黏度與分子量之間的關係。這些成就對於開發塑料有很重要的貢獻。
由於他的發現,使得現代生活中高分子的應用變得非常廣泛。爾後導電高分子的發現,更促成了光電高分子的發展,成了近年來當紅的應用科技。
科技發展的省思
1867 年,諾貝爾先生發明了威力強大而又安全的炸藥,他的發明立即獲得全世界的讚譽,也使得諾貝爾的炸藥生產工廠迅速蔓延到二十多個國家。安全烈性炸藥的發明,有力地推動了和平建設,例如山洞、道路的開闢,同時也帶給人類痛苦的戰爭災難。諾貝爾痛恨炸藥的發明被應用到違反他所嚮往的世界和平與公理的戰爭上,他曾憤恨地說:「我將發明一種更有力的武器,使戰爭的雙方在一秒鐘內被消滅……或者迫使他們恐懼地退出戰場。」
很不幸地,類似的矛盾一再重現!科學家們埋首研究準備解開基本粒子之謎時,發現利用中子撞擊原子核產生核鏈式裂變,會釋放出巨大的能量。在此同時,由美國政府支持及物理學家費米(1938 年諾貝爾物理學獎得主)的協助下,啟動了世界上第 1 座可控制式核反應堆。這個實驗的成功,讓人類在科學研究及能源的運用上邁入了新紀元,但也陷入了永無寧日的核武威脅中。
另一個大家熟知的例子:絨毛膜篩檢技術的發明,原是用來檢查胎兒的染色體是否正常,許多人卻利用它來打掉自己不想要的女嬰。在可以預見的未來,人類的基因全盤解譯之後,對遺傳疾病治療而言是一大福音,但在複製生物的議題上仍然有許多爭議。
許多孩子會問:科學研究與基礎科學的學習目的是什麼?為什麼要學這些東西?學了這些東西與我們的生活有什麼相關?遇到這樣的問題,不得不反問孩子們:科學的研究一定要與人類的生活相關,對人類的生活有幫助嗎?還是一定有其應用層面,或可協助人類控制自然?也許,科學研究的目的只在於滿足人類的好奇心吧!
科學的發現是僥倖和偶然的嗎?愛迪生曾說:「天才是九十九分的流汗和一分的靈感。」而愛因斯坦也說:「我相當清楚自己並沒有什麼特殊的才能。好奇、固執與忍耐,再加上自我批判,使我產生了我的觀念。」而從居禮夫人的不畏艱難與毅力,或可看到古往今來許多偉大科學家共同的人格特質。
科學研究已從依靠一位天才的時代,轉變成為團體活動的時代!這樣的現象在高能物理方面尤其明顯,以 1983 年《物理學報》(Physics Review Letters)刊出的發現弱玻子的論文為例,列名的研究人員就有 135 位之多,其中還包含了諾貝爾獎得主的名字。就這樣的大計畫,幾乎每位研究人員都分擔了窄小範圍的專業任務,很難明確分出每一個人對該研究的貢獻程度,更難確認貢獻的排名。
科學的研究已不同於 20 世紀的年代時,侖琴或居禮夫婦等人在狹小的空間,使用自製的儀器獨立實驗而做出偉大的成果。這樣的轉變及趨勢,也為諾貝爾科學類獎項的頒發提出了一道難題。
許多人常會問粒子物理的研究到底對人類生活有何幫助?或與我們的生活有何相關?其實基礎科學的研究是走在商業化技術之前,所有的儀器設備或軟體的設計等,都是從無到有,為了研究實驗目的而設計的。例如 www 的設計源頭便來自歐洲核子研究中心(CERN),而今卻成了全世界共享的通訊舞台!
相同地,加速器的建造與使用除了做為粒子物理研究的主要工具外,其中內含許多尖端科技的發明,也使科學研究對工業界、醫學界能有重要的影響。在功能強大的粒子加速器研究中,發展出醫學影像的診斷、平行電腦處理、超導磁鐵等科技,例如高能物理學家 Allan MacLeod Cormack 利用數學方法發展電腦斷層掃描(Computed Axial Tomography, CAT)掃描,而在 1979 年得到諾貝爾醫學獎。
在不同的科學領域中,透過科學家的研究,每天都可能有劃時代的發現或發明,但是科學研究的回餽是什麼?可以賺很多錢嗎?有更多的研究設備儀器、研究基金、研究人員或更響亮的名聲嗎?也許,科學研究的回餽只是更多的發現、更多的創造,以及更多的快樂!
鴨肥肝是全球著名的佳餚,鴨肥肝是以填鴨法所生產的鴨肝,製作時,常利用土番鴨來填灌,生產的鴨肥肝品質甚高。
鴨肥肝經過特殊烹調後風味極佳,是全球著名的佳餚。歐洲市場對肥肝的需求量甚高,肥肝產品在法國是一項相當普及的食品。1975 年法國肥肝年產量是一千多公噸,1984 年增加到三千多公噸,2003 年則遽增至十二萬七千多公噸。
早期法國填鴨的來源以番鴨為主,但因番鴨的產蛋率較低,而且公鴨和母鴨體型差異很大,填灌時只能以公鴨為之,生產成本較高,因此近年來逐漸改以公番鴨交配母北京鴨所產生的土番鴨來填灌生產鴨肥肝。土番鴨所生產的肥肝占法國產量的 97%。
生產鴨肥肝的最佳選擇
自民國 73 年起,畜產試驗所宜蘭分所開始進行一系列的鴨肥肝生產試驗,探討不同品種肥肝的品質,包括北京鴨、菜鴨、番鴨及土番鴨,甚至從法國進口盧昂鴨來比較。最後選擇了臺灣最普遍的肉鴨-土番鴨,做為生產鴨肥肝的品種。
土番鴨是由公番鴨交配母改鴨或北京鴨所產生的雜交品種,因為番鴨和改鴨或北京鴨不同屬,所以土番鴨是屬間雜交產物,沒有生殖能力,僅能供肉食用,臺灣每年的消費量約 2 千 3 百萬隻。
各品種中生產鴨肥肝的能力以番鴨最好,但番鴨的繁殖期有季節性,在臺灣的氣候環境下僅能在春、夏季生蛋,每隻母番鴨一年的產蛋數約 90 ~ 100 枚。北京鴨或改鴨的繁殖期沒有季節限制,整年都可下蛋,一年可產 200 ~ 280 枚蛋。相較之下,後者生產的雛鴨成本顯然較低。土番鴨因有一半的番鴨血緣,因此仍然有很好的肥肝生產優勢,以改鴨或北京鴨所生產的土番鴨來生產肥肝,應是最經濟有效的選擇。
最恰當的填灌期
土番鴨的生長於 10 周齡後逐漸趨緩,從這時開始填灌應是最佳的選擇。因為如果提前開始填灌,飼料會消耗於生長所需,肥肝的生產效果有限,經濟效益不佳。若延後填灌,因肥肝的生產效果和 10 周齡開始填灌的效果相差不多,但延後期間所增加的維持和管理費用,也會造成成本的增加,並不符合經濟效益。
鴨肥肝的生產主要靠「填鴨」的技術,而填鴨簡單地說就是把平常只吃 1 單位的鴨子,以強制的方式灌食 3 單位以上。填灌的器具可以香腸填灌器加以改裝,利用填灌機的推力把填灌料推進鴨子的嗉囊,因此需要人工把填灌管子插入鴨子食道,逐隻填灌。
填鴨的技術最重要的是在插進填灌管時,動作要細緻溫柔,不能傷到鴨子的食道,且管子插入的位置深淺要恰當,填灌量要控制得宜,量太少肥肝效果不佳,量過多又會造成鴨子死亡。填灌次數一般是 1 天 2 次,早晚各 1 次。初學者可先採溫和的方式,每次填灌少量,但填灌期需時 3 周。待技術純熟後,再以最大的適當量來填灌,則只需 2 周。如此可以降低死亡率,發揮鴨肥肝生產的最高效益。
簡言之,土番鴨於 10 周齡起就可開始填鴨,每天早晚各填灌1次。經過 2 至 3 周的填灌,質優味美的鴨肥肝於焉產生。
鴨肥肝的生產
宜蘭分所於民國 75 年進行了二批次的填鴨試驗,利用改鴨生產的土番鴨於 10 周齡時開始填灌,為期 3 周。第1批次有 93 隻,死亡率是 6.5%,平均肝重是 413 公克。第二批次是 115 隻,死亡率 10.4 %,平均肝重是 416 公克。其中第 1 級的肥肝,即 350 公克以上的,占 70%。
以當時的價格估計,第 1 級肥肝每公斤可賣得 750 元,扣除填鴨工資、填灌料及鴨隻的成本後,銷售的收入約與成本相抵。但販售取肝後的鴨隻屠體卻是淨利潤,因此每隻的收益約有 150 元。
生產鴨肥肝的技術雖然已臻成熟,宜蘭分所也積極推廣,希望能增加農民的收益。但經過多年的努力,民間原有的 3 家肥肝生產場反而結束了填灌作業,最主要的原因是鴨隻的死亡率偏高。因為灌食後的鴨隻急需散發體內過多的熱量,如果填灌期是在熱季,除非有冷氣來降溫,否則鴨隻死亡率會攀高。此外,因臺灣夏季炎熱,使得鴨肥肝生產期只有半年,成本因而大增,也限制了技術的普及。
鴨肝醬與肥肝產品
填灌後的鴨肥肝經取出去腥和挑除血管等步驟後就告完成,成品以玻璃罐盛裝,以便消費者檢視完整的肥肝。也有品牌搭配鴨胸肉以透明塑膠袋包裝,或打成泥狀調成各種口味,再以鐵罐盛裝。
鴨肝醬可用於塗抹土司,也可用作各種食品的拌料。無論是鴨肝醬或經過處理的鴨肥肝都是入口即化,在法國是相當普遍的美食,台灣的歐式餐廳也多有這道名菜。有機會歡迎大家嘗試一下這道高級且昂貴的美味。
化妝品是一種結合化學知識的藝術產品,能帶給人們愉快的心情和美化的生活。製造化妝品的化學知識涵蓋甚廣,其中的界面活性劑化學是最重要的入門知識。
化妝水和面霜
美麗忙了一整天的客戶拜訪,路程中不免接觸到汽車排放的酸性廢氣和黑色碳粉,以及路面揚起的灰塵。因此回家第一件事就是做清潔的工作,把皮膚或頭髮上的污物清除乾淨,使用的洗髮精、潤髮乳、洗面皂、沐浴乳和肥皂就是第一線、最初級的化妝品,它們的主要成分是界面活性劑(surfactant)。由於界面活性劑的特殊化學結構,能自發性地吸附在皮膚和污物表面,並且是有位向性的吸附,因此能降低界面張力而達到清潔作用。
但是,界面活性劑也把皮膚製造的自然化妝品--皮脂膜一併洗掉。皮脂膜是人體為了保護皮膚而產生的自然化妝品,它的組成有來自於皮脂腺分泌的油脂(如三酸甘油酯、膽固醇酯、三十碳六烯等),和表皮細胞分泌的油脂(如脂肪酸、神經醯胺、卵磷脂、膽固醇等),再加上汗腺分泌的天然保濕因子(natural moisturizing factors, NMF,如咯酮酸鹽、胺基酸、乳酸、尿酸、尿素、鹽類等)。
這些成分在人體表面自然形成一層保護膜,它有良好的保濕作用和柔軟作用,可防止水分經由表皮流失。若使表皮最外層的角質層的含水量保持在 10 ~ 15%,皮膚就會水嫩水嫩的。
皮脂膜含有脂肪酸、乳酸、胺基酸等,使皮膚呈弱酸性(pH 5.0 ~ 5.5),這酸性有利於常駐型菌的繁殖,並控制病原菌的感染。皮脂膜表現出的疏水特性,使水分、汗水和水溶性物質(極性物質)不會輕易地穿透過表皮而進入真皮,甚或被微血管吸收。另一方面可以幫助一些脂溶性物質,例如維生素A、D、E等可以經表皮吸收被人體利用。可見由人體皮膚製造的天然化妝品,對我們有很大的助益。
肥皂、沐浴乳雖然達到了清潔、衛生的效果,但是也把這天然化妝品洗掉了,為了彌補失掉皮脂膜的缺陷,因此再發明了酸鹼平衡化妝水,把皮膚表面的酸鹼調回弱酸性(pH 5.2)。強調 pH 平衡為訴求的化妝水,是利用乳酸和乳酸鈉或檸檬酸和檸檬酸鈉的組合加入化妝水中,使它們具有緩衝溶液的功效。
當皮膚表面的 pH 值平衡後,皮膚仍缺少柔膚功用的油脂和保濕劑,因此需要使用面霜或乳液這類化妝品來補充被洗掉的皮脂膜。面霜的組成含有柔膚的油性原料(油脂、蠟、鮫鯊烯、綿羊油等)和保濕的水性原料(天然保濕因子、保濕劑、水等)。為了把非極性的油和極性的水混合均勻,則需藉由界面活性劑(在此稱作乳化劑)使它們產生乳化作用做成乳液或面霜。
乳化作用就是把兩種不互溶的液體,使其中一種液體以微細顆粒(粒徑 0.3 ~ 200 μm)分散在另一種液體中形成乳液。乳化會使油/水接觸面積明顯增加,例如每邊 10 公分的正方形牛油塊完全浸泡在水中,則油/水接觸面積是 600 平方公分。如果把牛油切成每邊 1 公分的小牛油塊(共有 1,000 塊),則油/水接觸面積增加到 6,000 平方公分。如果繼續切割下去,直到每邊只有 1 微米的小立方體,且完全浸泡(分散)在水中,則有 6 千萬平方公分的油/水接觸面積。
當油/水混合物乳化後,很容易恢復原來不互溶的兩相分離狀態,這是因為油∕水的界面張力的關係。界面張力是指增加單位界面面積所需做的功,乳化使油/水接觸面積增加,因此乳液是處於較高能量的狀態,而會傾向恢復原來油和水分離的狀態,即油/水接觸面積最小的狀態。如果要維持穩定的乳化狀態,則需降低油/水之間的界面張力。當在乳液中加入適當的乳化劑,可使界面張力降低到接近於零,乳液也就能保存較長的時間。
在乳化過程中,如果是把油相分散在水中,所形成的乳液稱為水包油型乳液(oil-in-water emulsion, O/W),反之稱為油包水型乳液(water-in-oil emulsion, W/O)。影響乳化型態的因素有很多,其中乳化劑是很重要的一環。乳化劑同時具有親水基和疏水基,可溶於極性的水中和非極性的油中,因此稱為兩性化合物。若親水基的親水性強,乳化劑對水的溶解度較好,則較易做出O/W型的乳液。
Bancroft氏曾歸納出一個法則來預測乳化型態,即:所選用的乳化劑的溶解度較好的那一相(油相或水相)會成為外相(或稱連續相)。另外,兩相的體積比、乳化時的溫度或乳化器的器壁極性等,都會影響到乳化型態。
防曬乳液
第二天又是一個晴朗的好天氣,美麗上班前,除了打扮化妝外,也不忘擦上一些防曬乳液。防曬乳液已經不再是到海邊遊玩的專用化妝品,而是日常化妝品之一了,用來預防紫外線對皮膚(表皮和真皮層)和細胞的傷害。因為大氣層中離海平面 10 公里到 50 公里高度的臭氧,受某些物質的催化分解,使得局部區域臭氧濃度稀少,即臭氧層產生了破洞。這些能使臭氧分解的物質,以氟氯碳化物為禍首。
臭氧吸收波長 200 ~ 310 nm 的紫外線,分解成氧氣和氧原子,氧原子又可以和氧氣生成臭氧,氧原子也可以和臭氧結合成氧氣。臭氧層對生活在地球表面上的生物是一個很重要的保護層。當它產生了破洞,不僅使地表上紫外線增加,也增加了地表上空氣中的臭氧含量。
臭氧本身的氧化力很強,地面上高濃度的臭氧會對肺部和呼吸道產生刺激並引發氣喘。美國的空氣品質指標建議臭氧濃度在 105 ppbv 到 124 ppbv 對人類是不健康的;濃度到 0.1 ~ 1 ppm 時,會立即使人有頭痛、眼睛紅的現象。臭氧層破洞對人類的另一個影響是紫外線強度增加,致使皮膚癌發生率增加。
紫外線B區(UVB, 280 ~ 315 nm)和紫外線C區(UVC, 100 ~ 280 nm)能被 DNA 或蛋白質吸收,易造成 DNA 的損壞和膠原蛋白的破壞,曝曬過量時,會引起皮膚灼傷和皮膚癌。紫外線A區(UVA)稱為黑光,波長在 315 ~ 400 nm,照射後會使皮膚黑化(黑色素合成增加),雖然能量較弱,但會產生活性氧自由基,引起膠原蛋白的傷害和破壞維生素A,使皮膚產生皺紋(或稱為光老化)。最近也有研究認為 UVA 引發的自由基,也會間接造成 DNA 的變異。
部分的陽光被大氣中的臭氧層吸收(經由氧氣和臭氧的平衡機制)後,到達地表的陽光只剩 10% 是紫外線,其他的是可見光(45%)和紅外線(45%)。到達地面上的紫外線大部分是 UVA(98.8%),剩下的是 1.1% UVB 和 0.1% UVC。理論上 UVC 會被臭氧層吸收,但由於臭氧層破洞,使高能量的 UVC 成為漏網之魚而到達地表。
一般的玻璃有隔絕紫外線的功能,對波長短於 300 nm 的紫外光有 90% 的阻隔作用,但對波長大於 350 nm 的只有 10% 的阻隔效果。一般衣服也有阻隔紫外線的功效,棉織品可以阻隔 80% 的UVA和 95% 的 UVB,尼龍織品可以阻隔 60% UVA 和 80% UVB。但是,在夏天不能把人用衣服包裹起來,只留下兩個眼睛,然後戴上太陽眼鏡來保護,因此就有防曬劑的發明和使用。
最早開發防曬劑的是 Franz Greiter(1938 年),然後 Piz Buin 公司製造成稱為 Gletscher Creme(Glacier Cream)的商品。第 1 個廣泛使用的防曬劑是 Benjamin Greene 於 1944 年推出的紅色凡士林 Red Vet Pet(red veterinary petrolatum),它藉著反射、散射等物理作用來隔絕紫外線,但效果有限。
芳香族化合物,尤其是具有共軛羰基的化合物,能吸收紫外線,例如 avobenzone、benzophenone、水楊酸、對-胺基安息香酸等稱為光化學作用防曬劑。含有共軛羰基鍵的芳香族化合物中,原來在基態能階的 π 電子,因吸收紫外線能量後被激發至激態能階。當電子由激態恢復到基態時,會以螢光或熱能的型態放出能量,回到基態的 π 電子可以重複地發揮防曬(吸收紫外線)的功能。
由化學觀點來看,苯的紫外線光譜最大吸收波長是 203.5 nm(UVC)。當苯環上有取代基時,最大吸收波長會往長波長移動,例如酚 210.5 nm、苯甲醚 217 nm、苯胺 230 nm 及安息香酸 230 nm(UVC)。如果苯環上有兩個取代基,會往更長波長移動,例如水楊酸 310 nm(UVB)、對-胺基安息香酸 284 nm(UVB)、對-羥基安息香酸 251 nm、鄰-胺基安息香酸 327 nm(UVA)及桂皮酸 305 nm。
因此一般化學防曬劑可歸納為下列的化合物或衍生物:對-胺基安息香酸類、水楊酸(鄰-胺基安息香酸)類、苯酮類及桂皮酸類。最近歐盟核准了一種奈米結晶(< 200 nm)有機化合物 bisoctrizole (methylene bis-benzotriazolyl tetramethyl butylphenol,商品名是 Tinosorb M),是同時兼具反射、散射和光化學作用的防曬劑。
防曬乳液都會標示 SPF 或 PA,前者是陽光保護係數(sun protection factor)或稱防曬指數,標明對 UVB 的防護能力,後者是 UVA 保護係數(protection grade of UVA)。防曬指數 SPF 的測定方法,是以曝曬陽光使皮膚開始產生紅斑時的紫外線劑量為基準。在每 1 平方公分的皮膚擦上 2 毫克的防曬液和沒有擦防曬液,二者被曬出紅斑的紫外線劑量的比值就是 SPF 值。
因為產生最小紅斑的紫外線劑量 =(照射時間)乘上(紫外線強度),如果用相同強度的紫外線測定,則 SPF =(擦防曬液產生紅斑所需要的時間)除以(未擦上防曬液產生紅斑所需要的時間)。因此 SPF 可以稱為擦上防曬液後的皮膚耐曬倍數。平常黃種人產生紅斑的紫外線劑量約相當於在夏天中午的陽光下曝曬 15 分鐘,當擦上 SPF10 的防曬液時,則 150 分鐘後皮膚才開始曬紅或灼傷。選用防曬產品時,要依使用時間和地點的不同(如日常使用、到海邊或登山、到非洲旅遊或加拿大旅遊)選擇適當 SPF 值的產品。我國化妝品管理條例規定 SPF 值最高只能標示到 SPF50,以避免被化妝品廣告濫用。
PA 指數是指對 UVA 的防護,UVA 不至於使皮膚起水泡、灼傷,但是會使皮膚曬黑(黑化),因此 UVA 的防護對於希望有白皙皮膚的女性有較迫切的需求。最近的研究發現 UVA 是皮膚老化的重要因素之一,UVA 會引發活性氧,間接傷害細胞的 DNA,破壞真皮的膠原蛋白和彈力蛋白,使玻尿酸分子鏈斷裂而減少其水合能力,因而產生皺紋。因此 UVA 的防曬劑漸漸被化妝品化學家和皮膚科醫生所重視,希望藉著塗擦防曬化妝品能同時兼具 UVA 和 UVB 的防護效能。
通常採用間接的方法測定 PA,因為皮膚的黑化現象經日曬後二、三天才漸漸顯現出來,在直接測定上有困難。PA的間接測定方法是:先選一個具有光刺激性化合物,例如 8-methoxypsoralen(8-MOP),經紫外線照射後,會對皮膚產生刺激性的紅斑,因此被測試 PA 的志願者,先口服或在皮膚表面塗抹 8-MOP,然後用 UVA 光源照射,像測定 SPF 一樣觀察並計算 MPDD 值(minimal persistent pigmentation dose),決定 PA 係數或 PFA(protection factor of UVA)。
目前日本的法規用+號表示,PA+(= PFA2 ~ 4)表示對 UVA 有輕微的防護力,PA++(= PFA4 ~ 8)表示對 UVA 有中度的防護力,PA+++(= PFA8 以上)表示對 UVA 有高度的防護力。歐洲國家則採用 PPD(persistent pigment darkening)和 IPD(immediate pigment darkening),用色度儀器直接測定皮膚的黑化現象。
化妝品是一種結合化學知識的藝術產品,能帶給人們愉快的心情和美化的生活。製造化妝品的化學知識涵蓋極廣,其中的界面活性劑化學或界面化學是最重要的入門知識。若再輔以其他相關的知識,就能成為一位優秀的化妝品化學家。
深度閱讀
在兩性生物的繁殖裡,異性生殖是普通的,單性或孤雌生殖則是較少見的。但也有例外,例如瘧原蟲。
事實上在兩性生物的繁殖裡,異性生殖是普通的,單性或孤雌生殖則是較少見的。但也有例外,例如瘧原蟲在人體的紅血球內行分裂式的孤雌生殖,在蚊子的胃或唾液腺體內則行有性生殖,這也是在多數低等動物中發生的情形。可是在高等動物和人類中,因為個體的生長期和繁殖時間長,又有複雜的宗教、道德和語言行為介入,所以繁殖現象就變得非常多樣而更有趣了。
在哺乳動物裡,尤其是鼠類和人類,繁殖的程序是先由雌性分泌一種雌性激素,再由這雌性激素代謝成雌性費洛蒙揮發到空氣中,讓雄性嗅到後產生愛意,而被引誘來和雌性交配。相反地,雄性也能產生雄性激素和雄性費洛蒙來激起雌性的性需要,以便達到繁延後代的目的,也就是說動物繁殖是直接由化學物質性費洛蒙來操控的(詳文見《科學發展》2008 年 1 月,421 期,48 ~ 53頁)。但是,成功的動物交配和戀愛是一種複雜的過程,除了性費洛蒙以外,尚有其他的微量化合物也扮演重要的角色。
目前已知在群居動物的交配行為中,有些種類是會選擇特定伴侶為對象的,我們稱它是「社會性單一伴侶」制的行為,以和沒有選擇性的特定伴侶行為對比。又因在數據分析調查中,發生這兩種不同類群的機會各占 50%,所以在生物繁殖的常態中,有些雄性動物的四處拈花惹草並沒有多大的好處。
雖然雌雄動物在生殖期都會分泌各自的性激素,但是真正最先有效用的化合物是雄性睪丸產生的睪固酮。睪固酮不但在雄性情欲被激起時分泌量達到頂點,雌性也會產生它以激發腦部分泌催產素,而在性交時產生快樂和高潮的感覺。
另外還有一種在兩性交配時腦部都會分泌的化合物質,它就是血管加壓素。顧名思義,血管加壓素可增加個體的血壓,就是使血管中的血液流量增加,也就是增加供給細胞的能源物質葡萄糖和氧氣,改善細胞的內在環境,使生物能量代謝更加順利。在這裡所謂的腦部,是指哺乳動物腦內的扁桃體和右前額葉皮質。扁桃體除了和交配行為有關以外,也和負面情緒如恐懼、憤怒行為有關,右前額葉皮質則似乎是在人類沮喪時就會分泌旺盛。
在進行交配行為時,腦裡有些物質的分泌量反而降低。在高潮時,兩性腦中分泌物質會減少的首推血清素。血清素不但在交配時期的個體中含量較低,即使在戀愛中的人,其濃度也低。
一般來說,不管是異性戀者或是同性戀者,因為彼此相處的時程較長,戀愛的對象也不一定只有一位,所以情感的好壞和化學物質的真正相關性,尚需進一步地研究。
延伸閱讀
芒刺小針貼在衣服上,平常人把它弄掉就不以為意了。許多生物學家也看過芒刺小針的小鉤子結構,只有梅斯倬會進一步觀察,進而推想到鉤鈕的應用。
Velcro,中文叫魔鬼沾,或稱鉤毛搭扣帶(魔鬼氈,魔術貼,粘扣帶)。Velcro 是個註冊商標,由 2 個法文單字拼起來:velour(絨毛) 和 crochet(鉤子)。它是由 2 片尼龍絲織編而成,一片有微小的鉤子,另外一片有微小的環圈,把這 2 種布料疊壓在一起時,它們就牢牢地連結住了。
它是拉鏈的代替品,優點是耐用、質輕、容易拉開、可以清洗、顏色種類多等,因此幾乎搶走了拉鏈、鈕扣、鉤鉤和鞋帶的生意。
魔鬼沾的發明者是瑞士的喬治.梅斯倬(George de Mestral, 1907 ~ 1990),他在 1951 年申請到瑞士專利(#2,717,437)。梅斯倬出生於瑞士洛桑附近的小鎮,畢業於洛桑市的聯邦科技學院,獲電機工程學士學位。大學畢業後,在一家瑞士機械工廠當工程師。梅斯倬從小就有好奇心,手也非常靈巧,在 12 歲時,就自己設計組裝了一個玩具飛機,而且他老爸還幫他申請到專利。他的嗜好是爬山和打獵。
靈機一動
1948 年的秋天,梅斯倬帶著小狗到附近的小山蹓躂,小狗突然跑進一個長滿芒刺的小樹叢。梅斯倬為了找回小狗,也穿越那有芒刺的小樹叢,狗是找到了,但狗的毛皮都沾滿了芒刺小針。這些芒刺小針是小樹叢的種籽,你猜猜:樹叢長這樣帶有芒刺小針的種籽有什麼作用?原來,帶有芒刺小針的種籽要能貼附在動物毛皮上才能散播到遠處,這是自然界生物傳播繁殖的功能。
梅斯倬回到家裡,花了半天才把小狗毛皮上的芒刺小針清理乾淨,也才注意到自己的外套和褲子也貼附了芒刺小針,他得一個個拔掉,但是他又注意到他的皮鞋卻是乾淨的。他一時好奇,就用顯微鏡仔細觀察貼在衣服上的芒刺小針,發現這些芒刺小針擁有幾千排的微小鉤子,而這些鉤子又是整齊地連接在衣服的環圈紋路上。他把拔掉的芒刺小針再壓回衣服,它又和衣服牢牢貼附在一起。這個觀察使他靈機一動,如果能製造出帶有小鉤子和帶有小環圈的2種布料,就可以模仿這天然方法製造新型的鉤鈕。
於是梅斯倬專程跑到法國里昂市的紡織廠,找人製造他想像中的鉤鈕。里昂市是當時世界紡織工業的大本營,好幾家紡織廠的設計師都搖頭說不可能做出這樣的布料,但有一家小紡織廠的年輕設計師覺得好玩,就答應試試看。
經過不斷的嘗試和實驗,他們終於發現尼龍絲在紅外線照射下會產生堅硬的小鉤子。再經過精細的設計和品質改善,終於做出 2 種理想的尼龍布料:分別帶有小鉤和小環圈,把這 2 片疊壓在一起時,它們就牢牢地連結住了。如果用力壓按這 2 片布帶,它們會結合得更緊牢。如果要拉開,先用力拉起一小角邊,其餘的就很容易拉開來。
1951 年,梅斯倬的這項發明獲得瑞士的專利,次年就成立 Velcro SA 公司開始經營製造魔鬼沾。再經過製造程序和方法的改進,1955 年得到改良魔鬼沾的瑞士專利。雖然製造魔鬼沾的專利在 1979 年就失效了,但是 Velcro 的商標仍然有保護權。
芒刺小針貼在衣服上是常有的事,平常人把它弄掉就不以為意了。許多生物學家也看過芒刺小針的小鉤子結構,但是只有梅斯倬會進一步仔細觀察,進而推想到鉤鈕的應用。其實他有過使用拉鏈的不方便經驗,如拉鏈脫節了;又有時候做冬天的戶外活動時,手凍得不容易拉上外套的拉鏈或繫鞋帶。因此他平時就有這些準備的心(prepared mind),一碰到機會就有聯想的能力,把「無」化為「有」,有「創造」的能力。他還能從自然界的生態,推廣「鉤」和「圈」的連接理論假設,用實驗去證明而對應了實際生活的「需要」。
這小故事也說明了發明家的一個特色:好奇、有準備的心、知道「需要」的問題所在、有創造能力去求證和執行自己的構想與理想。
深度閱讀
微波爐的發明者史班賽(Percy Spencer, 1894-1970),當時是美國一家高科技電器公司的員工,負責磁控電子管的改良和生產。他從隨身攜帶的巧克力糖熔化現象,發現微波有烹調食物的能量,進而啟發微波爐的發明,改變了人們的生活!
微波爐用微波的能量煮熟食物。微波是電磁波的一種,微波爐放出來的微波頻率是 2.45 GHz(GHz, 109 cycles/sec),它的功率是 300 ~ 1,000 瓦。微波爐能煮食物的原理是,微波的能量被食物中的水分吸收而引發水分子旋轉,水分子的旋轉能位差正好與微波頻率相當,分子旋轉的能量變成熱能,也就提高了食物的溫度。
微波爐是家家戶戶必備的廚房用具,乾淨俐落,尤其融化冷凍的食物更是方便。化學家也曾經利用微波爐來促進化學反應。
微波爐的發明者——伯西.史班賽(Percy Spencer)
微波爐的發明者是美國伯西.史班賽(Percy Spencer, 1894-1970),他的美國專利是 #2,495,429(1946 年)。史班賽出生於緬因州的 Howland,一歲半的時候,父親就去世了,接著媽媽離家他嫁,叔叔就領養了他。史班賽 7 歲的時候,叔叔也去世了,他再次成為孤兒,小學也沒念完就去打工。
史班賽有好奇和好學的精神,跟人家做了 2 年電氣學徒,變成無所不通的電氣修理員。1912年 當鐵達尼號沉沒於大海時,從報紙上看到那時無線電報員的救人英雄行為使史班賽大為感動,18 歲就進入海軍無線電學校學習無線電工程。他並沒有提起他那有限的教育程度,但他以自修力求上進,自己找書學習三角、代數、物理、化學、冶金學等,無師自通,完成了無線電學校的課程。
幾年後(1925 年左右),他找到雷氏恩公司(Raytheon Corporation)的無線電技工工作。在雷氏恩公司的工作期間,他發揮了求真的態度和好奇心,一共發明也申請到一百五十多個專利。
求真務實,意外發明微波爐
二次世界大戰期間,美國雷氏恩公司是一家高科技電器公司,也是國防工程的承包商。雷氏恩公司負責製造有關雷達(RADAR 是 Radio Detection And Ranging 的簡寫)裝置的磁控電子管,雷達是利用微波來偵察敵軍的飛機和軍艦的動向,現在雷達也可用來測定雨量、預報天氣等。史班賽在雷氏恩公司的工作,是負責磁控電子管的改良和生產。
1945 年的一個夏天下午,史班賽正在試驗一個新改良的高能量磁控電子管。他有吃零食的習慣,口袋裡常放著巧克力糖,那天他發現放在口袋裡的巧克力糖熔糊掉了。他推想:有可能是剛才在大太陽下散步時熔糊掉的,但也有可能是新的磁控電子管釋放出來的微波作怪。第二天,他就進一步做了一個小試驗:他要他的助手去買一包玉米,他把這包玉米放在磁控電子管的正前面,扭開電波,幾分鐘後,玉米竟然爆開來,弄得滿屋子都是玉米花。這時候他已經推定微波的能量有煮沸、熔糊巧克力糖的功能。
接著他又做了第二個試驗:他找到一個舊的金屬小茶壺,在茶壺的旁邊開了一個小洞,且在茶壺裡放了一個生雞蛋,並把磁控電子管的微波對準那茶壺的小洞,扭開電波,看看能不能把生蛋煮熟。這時剛好有一位同事來看他,同事好奇,走近茶壺的旁邊,正要彎腰去看茶壺裡的蛋有什麼變化,但剎那間,蛋竟然爆開了,蛋黃由小洞噴出來,沾滿這位同事的臉孔。
這二個試驗證實了他的推想,並於 1946 年提出專利申請 [編按]。1947 年雷氏恩公司就推出第一個商業專用的微波烤箱,專門供給餐廳、火車和輪船使用。1955 年家庭用的微波爐才上市,很快就大受歡迎。
史班賽的貢獻
史班賽雖然小學都沒有畢業,但他找到自己的喜愛,進而力求上進,自我學習基礎數學、物理、化學等,無師自通,有連接貫穿的能力,求真務實的精神,因此能把巧克力糖的熔糊現象加上磁控電子管功能而發明了微波爐,打破傳統的加熱方法,而達成加乘作用(synergy)。
史班賽除了發明微波爐外,還發明了高能量的磁控電子管的製造,這對二次世界大戰期間的雷達改良製造有很大貢獻,他曾因這項貢獻榮獲美國海軍的卓越公共服務獎(Distinguished Public Service Award)。後來他成為雷氏恩公司的副總裁和資深理事,在他退休之前,雷氏恩公司還把一棟新的大樓命名為史班賽大廈。
他一生輝煌的奮鬥史、創造和發明,確實為人類帶來數不盡的方便和享受,也就備受種種表揚。他被選入國家傑出發明名人館(National Inventors Hall of Fame),麻州州立大學也曾經贈給他榮譽博士學位,他還被美國藝術科學學院(American Academy of Arts and Sciences)選為院士。
為什麼反式脂肪會引起這些健康上的問題呢?目前最被大家接受的理論是人體的脂肪酶具有高度的選擇性,只會分解具順式脂肪酸的脂肪,無法分解反式脂肪。因此反式脂肪長期滯留在血液中亂竄,容易在血管壁上沉積,導致血管的窄化。
沙拉油是什麼油
非常明顯地,豬油、牛油來自動物。相對地,任何提煉自植物的油都可以稱為「沙拉油」,換句話說,都可以用來拌沙拉。不過一般市場賣的沙拉油多取自黃豆,或標示為「大豆沙拉油」,或是幾種植物油的混合物。
植物或動物油的組成確有顯著的差別,植物油含的脂肪酸主要是不飽和的,飽和脂肪酸的比率多在 20% 以下,但是椰子油和棕櫚油除外。豬油、牛油含的飽和脂肪酸則至少在 40% 以上。
為什麼飽和脂肪酸含量高的油在室溫就會呈固態呢?這與分子的排列有關。分子排列得越整齊,分子和分子之間的作用力就越強,要想打散這種整齊的排列,就需要費更大的力氣,或者說較高的能量或熱量。固態就是分子排列得很整齊、很緊密的狀態,所占的體積較小。如果整齊的分子被打散,分子與分子間的距離拉大了,但是彼此之間仍然具有一定吸引力時,呈現的狀態就是液態。
男性攝護腺, 陽痿怎麼辦, 藥品專欄, 早洩怎麼辦, 提高性能力, 男女性心理
自然界中最常見的脂肪酸大多含有 16、18 或 20 個碳。通常根據實際「飽和」脂肪酸的分子模型,以鋸齒狀表示長鏈。如果是「不飽和」脂肪酸,則長鏈部分有一個或數個「雙鍵」,以二條線來代表雙鍵。
雙鍵上的二個氫原子(H)在同一邊,就稱為「順式雙鍵」,自然界的不飽和脂肪酸所含的「雙鍵」都是順式的,因此稱為順式脂肪酸,有時簡稱為「順式脂肪」。若雙鍵上的二個氫原子在雙鍵的異邊,就稱為「反式雙鍵」,自然界的「反式脂肪酸」只有在反芻動物的牛油或牛奶裡面以極低量(約 2 ~ 5%)存在,是由反芻動物胃部的某些細菌合成的。
比較飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的分子結構,你一定同意近似直線型的飽和脂肪酸分子應該較容易整齊排列。不飽和脂肪酸分子的結構轉了一個大彎,要讓它們整齊排列,就必須把溫度降得很低,因此像不飽和的油酸,凝固點(融點)是攝氏 13 度,飽和的棕櫚酸融點則在攝氏 63 度。所有的分子只有在絕對零度(攝氏零下 273 度)時才一動也不動,溫度越高,分子運動的幅度越大。
在融點時,表示分子動亂得已經無法維持整齊排列,而從整齊排列的固態散亂成液體狀態。不飽和脂肪酸分子不容易排列整齊,也就容易形成液體狀態,因此不飽和脂肪酸含量較高的植物油常以液態存在。
反式脂肪的來源
自然界的不飽和脂肪酸大多是順式的,那麼反式脂肪從何而來呢?原來這與融點有關。我們要塗麵包時,總不便用液體的沙拉油吧?如果用牛油,剛從冰箱拿出來時又嫌太硬,不容易塗抹,在室溫放置一段時間後,軟硬才恰好適用。可是多數時間我們都不耐煩等待,最好從冰箱一取出,軟硬就剛好方便塗抹,「人造奶油」因此有了市場。
在化學應用上前者很容易做到,就是使植物油進行「部分氫化」處理,把部分不飽和脂肪酸在加入氫氣氫化後轉化成飽和的脂肪酸,只要適當地調整氫化程度,就可以製造出軟硬恰好的固態「植物奶油」了。賣場上所稱的「乳瑪琳」,就是一種植物奶油,是從英文名「Margarine」而來。另外食品業者烘培油炸時用的軟軟的固態酥油(shortening),也是屬於這種氫化植物油。事實上,沙拉油也多經由輕度的氫化以延長其保存期限。
飽和或不飽和脂肪酸的「飽和」兩字,其實就是針對「氫原子」的數目而言。當「碳—碳」化學鍵上鍵結的氫原子數目完全滿足的時候,就稱為「飽和」的單鍵,尚缺 2 個氫原子時,就稱為「不飽和」的雙鍵。因此含有不飽和雙鍵的脂肪酸,在適當的條件下,會與提供氫原子的氫氣進行化學反應,吸收了 2 個氫原子後,就從雙鍵變成飽和的單鍵。如果提供的氫原子數目不足以讓所有的雙鍵都變成單鍵,就稱為「部分氫化」。
反式脂肪的負面影響
「反式脂肪」的來源實與「氫化」過程有關,是氫化過程的中間副產物。在進行這個化學反應時,因為反式雙鍵的分子能量較低、較穩定,部分的天然順式雙鍵會轉變成反式雙鍵。氫化後的「植物奶油」像乳瑪琳,所含的反式脂肪約占其重量的 10 ~ 15%。這種植物奶油的使用,至少已有百年的歷史,直到近一、二十年才被醫學上懷疑其中所含的「反式脂肪」可能與心血管類疾病有關。
多篇研究報告都指出,反式脂肪不僅會增加血液中低密度膽固醇(LDL,所謂的壞膽固醇)的濃度,更會降低高密度膽固醇(HDL,好膽固醇)的濃度。換句話說,就是大大增加了冠狀心血管疾病的發生。
為什麼反式脂肪會引起這些健康上的問題呢?目前最被大家接受的理論是人體的脂肪酶具有高度的選擇性,只會分解具順式脂肪酸的脂肪,無法分解反式脂肪。因此反式脂肪長期滯留在血液中亂竄,容易在血管壁上沉積,導致血管的窄化。
脂肪究竟何所指
一般泛稱的人體脂肪,主要包含兩種成分——三酸甘油酯和膽固醇。那麼前面介紹了大半篇幅的「脂肪酸」,難道不是人體脂肪的主要成分嗎?它是的,只是很少單獨存在,絕大多數的脂肪酸都是與甘油結合成中性的甘油酯,也就是說,脂肪是以甘油酯的形式存在於人體內。
甘油有 3 個醇基,非常容易溶於水,是很多皮膚保養劑的主要成分。這 3 個醇基可以和 3 個相同或不同的脂肪酸作用,生成不再溶於水的「三酸甘油酯」,酯就是脂肪酸與醇作用產生的產物。其實各種動植物油的脂肪酸也都是以這種甘油酯的狀態存在,被吃入身體後,小腸的脂肪酶會把甘油酯水解成自由狀態的脂肪酸加以利用,如有多餘未被利用的,再組合成甘油酯儲存在皮下脂肪組織中。
好壞膽固醇
膽固醇分子的化學結構與脂肪酸完全不同,它是類固醇一類的分子,不溶於水,溶於油脂。人體血液 80 ~ 90% 是水分子,因此膽固醇在血液中無法溶解。那要如何運送膽固醇呢?只好借助血液中的脂蛋白,這種蛋白分子很大,外圈具有一些可溶於水的官能基,內圈則是脂溶性的,可把膽固醇包在裡面。
一般所謂好的膽固醇是指高密度的脂蛋白(high density lipoprotein, HDL),可把體內周邊組織中多餘的膽固醇運回肝臟分解,還會順便攜回血液中游離的膽固醇,這種脂蛋白約含 50% 的脂質及 50% 的蛋白質。壞的膽固醇則是指低密度的脂蛋白(LDL),負責把肝臟中的膽固醇運送至身體各周邊組織,所含的脂質約占 80%,極易在血管壁上沉積,生成斑塊,導致血管的狹窄。
膽固醇主要由飽和脂肪酸合成
膽固醇濃度過高易引發心血管疾病,難道它對身體沒有好處嗎?有,有很多重要的功能。膽固醇是細胞膜的重要組成,體內約半量的膽固醇都在這裡。膽固醇是很多類固醇譬如男女性荷爾蒙、膽酸、甚至維他命D的前驅物,因此絕對不可缺少膽固醇。
膽固醇的來源除了部分直接來自食物中的動物脂肪外,約 70% 是由體內合成。合成的原料是什麼呢?就是飽和脂肪酸!不飽和的脂肪酸不會合成膽固醇。由各種動植物油的組成可看出,奶油、牛油及椰子油的飽和脂肪酸比率特別高,豬油也不低,也就是說比較容易在人體內產生膽固醇。相對地,各種植物油的不飽和脂肪酸比率則較高,因此不易產生膽固醇。這也是為什麼從健康的觀點植物油受到推崇的原因。
單元與多元
近年看到很多健康食品的廣告,鼓勵大家補充魚油,諸如 DHA、EPA、ω-3 酸、ω-6 酸等。一般魚油所含的「多元不飽和脂肪酸」可能高達 60%,那「單元」、「多元」又代表什麼意思呢?
原來「單元」是指脂肪酸化學結構中只含有一個雙鍵,「多元」當然就是指結構中含有多個雙鍵。我們身體也會自行合成脂肪酸,但是只會合成飽和的及單元不飽和的脂肪酸。不幸的是,身體又非常需要多元不飽和脂肪酸,因此只好自食物中攝取,同時也把多元不飽和脂肪酸稱為「必需脂肪酸」,像維他命一樣不可或缺。多元不飽和脂肪酸的另一化學特性是較不安定,比較容易在空氣中氧化成有異味的小分子。
多元不飽和脂肪酸
DHA 的原文全名是「二十二碳六元不飽和脂肪酸」(或稱二十二碳六烯酸),EPA則是「二十碳五元不飽和脂肪酸」(或稱二十碳五烯酸)。植物油中最常見的多元不飽和脂肪酸,是 18 個碳含 2 個雙鍵的亞油酸(linoleic acid)和 18 個碳含 3 個雙鍵的亞麻油酸(linolenic acid),我們需要這些不飽和脂肪酸去合成 20 個碳的各種前列腺素(作用類似荷爾蒙)。
那麼廣告中常出現的 ω-3、ω-6 酸,又是什麼酸呢?要解釋「ω-3、ω-6」,最好藉由化學結構來說明。「ω」(omega)是希臘字母的最後一個字母,用來代表尾端,「ω-3 酸」表示從尾端算來第 3 個碳上有雙鍵的酸。同樣地,「ω-6 酸」代表從尾端算來第 6 個碳上有雙鍵的酸。因此立即可以看出亞油酸和花生四烯酸都屬於 ω-6 酸,EPA、DHA 和亞麻油酸則屬於 ω-3 酸。
由於人類缺少某些酵素,無法合成自尾端數來 7 個碳以內的雙鍵,但是這些多元不飽和酸又是身體必需的酸,只好設法自食物中攝取。植物油中含 ω-6 酸較多,ω-3 酸很少,海產類如深海魚油含 ω-3 酸特別豐富。但是專家建議各種飽和、不飽和脂肪酸的食用,應維持接近某一比例,過量補充 ω-3 酸絕非明智之舉。
零反式脂肪
最後再回到反式脂肪的課題。自從反式脂肪的負面效應越來越明確後,很多國家都開始限制它在人造奶油中的含量,美國甚至規定從 2008 年 7 月起,食品中不得含有反式脂肪。臺灣則自 2008 年元月起,所有市售包裝食品營養標示的脂肪項下,須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。由於這些嚴格的限制,各國也競相研發出數種改良的氫化反應條件,諸如高壓、低溫、改用較貴重的金屬觸媒等,以降低或避免反式脂肪的產生。
失眠是一種常見的睡眠困擾,擁有非常古老的歷史,現代生活型態似乎讓失眠更易發生,但科技進步也讓科學家對這神領域有更多的了解。
失眠是一種常見的睡眠困擾,擁有非常古老的歷史,從許多詩詞中可略窺一二:
愁多知夜長,仰觀眾星列;
憂愁不能寐,攬衣起徘徊;
人不寐,將軍白髮征夫淚。
現代生活型態似乎讓失眠更易發生,但科技進步也讓科學家對這神秘領域有更多的了解。失眠的神祕在於睡眠時並沒有外顯行為可觀察,一直到 80 年前腦波研究發展之後,才為睡眠的研究打開一扇窗戶,學者逐漸了解影響睡眠的因素。
政治大學心理系楊建銘教授是國內研究睡眠的專家,他具有臨床心理學與神經認知科學的背景,得以用神經認知科學的方法探討臨床失眠患者面臨的困擾,並發展出幫助病人解決睡眠問題的方法。
從神經生理的系統來看影響睡眠的主要因素有三。一是恆定系統,這是欲使一個人的睡眠量維持穩定的機制。由於睡眠有保持恆定的傾向,因此白天睡太多晚上就容易睡不著,萬一睡眠被剝奪則會希望補眠。其次是生理時鐘,大部分的生物會有固定的 24 小時醒睡周期,如果能順著這個生理機制作息,睡眠會比較穩定。第三則是警醒系統,這是負責在睡眠狀況下察覺周遭危險而喚醒人的系統。這項系統有其演化上的意義,且其作用一定要大於睡眠的作用,否則生物很容易在睡眠中遭遇危險而受傷害。
楊教授在上述理論架構下設計研究,他認為失眠的人不見得是睡眠系統出問題,有可能是警醒系統過度激發、過度旺盛,因而干擾睡眠。過去就有研究者發現測量失眠者的腦波,以為患者進入睡眠的狀態,事後詢問卻發現受測者還清醒。因此楊教授認為睡眠不是一個總開關控制整個大腦,而是由不同部位負責不同的功能。已往以為人已經睡著,其實僅代表部分功能進入休眠,有些地方仍在活動,或許就是警醒系統的過度激發,但是傳統實驗方式無法確認。
楊教授採用認知神經科學的一項技術–事件相關電位(event related potential, ERP),這也是腦波的一種,但一般腦波是顯示腦部的活動狀態,ERP 則顯示與事件相關的腦部活動。如果在背景中給予一個聲音刺激,大腦就會去處理因而產生腦波變化,但是這變異比背景腦波的變化量還小。但若給予多次刺激疊加起來再求平均,背景的隨機變化平均會抵銷為 0,而 ERP 的型態平均後就凸顯出來,因此成為研究睡眠問題的利器。
楊教授以此觀察睡眠時的 ERP 型態,發現睡眠後聽到聲音,大腦會產生幾個阻擋外界干擾的波。當人越熟睡時,這種波會越強,以讓人維持睡眠而不去理會外在訊息。當然也有某些波在睡眠時強度會降低,這應該就是在處理外在刺激的作用,睡眠時便進入休眠狀態。
至於失眠患者進入睡眠時,其抑制訊息處理的腦波強度比較低,處理刺激的腦波則比較高,也就是他無法像一般人那麼強地去阻擋外界的刺激,而會注意到外在刺激。因此楊教授找到一個方法,可以分析出哪些腦波屬於處理訊息的作用,哪些腦波屬於抑制處理訊息的作用,也肯定了前述的睡眠認知理論。楊教授未來的研究打算在睡前給予些壓力,藉以觀察抑制訊息處理的腦波是否會降低,以探討睡眠前的壓力控制應該到甚麼樣的程度,才能幫助患者避免失眠。
對睡眠有了更清楚的認識,楊教授認為治療失眠不見得該給安眠藥,而可以考慮針對警醒系統過度激發或過度亢奮,給予放鬆訓練與特殊的行為方法。另外,睡眠習慣應保持規律性,白天多從事消耗體力與腦力的活動,中午過後就避免飲用含咖啡因的飲料,睡前也不要思考讓自己煩惱、焦慮的事情,切莫讓失眠成為自己另一個壓力來源。
回頭看看一開始提到的詩詞,很多人或許早就可以體會引起那些作者失眠的原因,但是我們顯然比古人幸運,能有許多方法協助避免失眠的困擾。
做為現代人不能缺少的經驗,坐飛機除了目的地不同之外,它們的開頭其實差不多。上機後我忙著把自己安頓好;拿份報刊,把大衣放入置物箱,把書本、電腦、MP3播放器或遊戲機從行李拿出來。總之,就是做神遊物外,不起身的打算。
拎起行裝,我邁向安排妥當的時空之旅。我繫上安全帶,調整手表,回首再熟悉不過的家鄉,腦中浮起即將到來的嶄新世界……
「等一下!」對這段文字似曾相識的讀者,或許會脫口而出:「這可不是先前才登過,叫〈科技與社會的時空之旅〉的文章的開頭嗎?」
沒錯,我又在飛機上了。做為現代人不能缺少的經驗,坐飛機除了目的地不同之外,它們的開頭其實差不多。就像進火車後得先找到自己的位置,上機後我也忙著把自己安頓好;拿份報刊,把大衣放入置物箱,把書本、電腦、MP3播放器或遊戲機從行李拿出來。總之,就是做神遊物外,不起身的打算。
當大家終於各安其位,正襟危坐地看著飛安示範時,我卻順手抽出飛機座位配置與疏散路徑的說明,想像著這個「局」:如果飛機是「時光機器」,那它究竟是怎樣的空間?我想起威爾斯(G. H. Wells)在《時光機器》(Time Machine, 1905)裡的介紹。那是放在實驗室,有點笨拙的金屬架,裡面安裝著各種材質的機器設備。它有標示時間刻度的操作儀表,指示往未來還是往過去的操作桿,環繞旅行者的鞍座旁。
這麼說,時光機器可不是一般人所想,像一架太空梭或流線型子彈車。在威爾斯的「四度空間」(三度空間加上時間軸)概念裡,它就是類似駕駛座的座位。它沒有在空間中移動的必要,而僅在時光中遊走,上下數萬年。
如同《時光機器》的主人翁時光旅者(time traveler)所邀請的科學愛好者一般,我們好奇時光旅行的體驗到底有何神祕。在20世紀初,由於飛行氣球的實用化,空中飄浮已經不算太稀奇,而在新世界的一角,萊特兄弟的「飛行家一號」還未問世,更別說是無重力體驗。於是,與〈科技與社會的時空之旅〉所提到的時差調整不同,威爾斯把時空旅行最重要的身體經驗,放在時間移動的速度感上。
他用這個說法解釋為何時光機不會被過去或現在的人所見,也解釋時光旅行的可行性。試想,如果必須用與過現實生活相同的時間飛到另一個時空,時光旅行的意義可不就大大喪失了?
總之,威爾斯這樣描述時空旅者的體驗。他這樣回憶:「我拍拍機器,旋緊螺絲,往石英桿上了點油,然後坐上鞍座。我就像舉槍對著腦袋想自殺的人一樣,不知道接下去會是什麼。」他吸口氣,咬咬牙,雙手緊握啟動桿,機器「碰」的一聲開動了。
之後,時空旅者在移動中迷失了自己。他發現一旁管家的身影不斷加快,後來竟是一閃而過。實驗室霧氣騰騰,機器聲震耳欲聾,而外面卻是白天黑夜交互變換,快如翅膀的撲打。太陽如火球般跳躍,月亮是黯淡的飄帶,星星則不停地旋轉。「就像坐在雲霄飛車上,只能聽天由命,一直向前衝!」旅者回憶。
隨著時光機的速度加快,旅者的難受開始被好奇、興奮,與隨之而來的未知恐懼所取代。他昏昏沉沉地看季節溶化翻動,文明興起衰頹。
此外,因為沒改變他在空間中的位置,因此乘客的身體在快速移動中竟逐漸「稀薄」,與不同時間裡占據同一空間的物質錯身,在它們的空隙間穿梭。速度,竟是時光旅行中避免撞擊的理由:為了要讓身體更加稀薄與自由,足以穿越各種物質障礙,因此不可減緩速度!在這個矛盾的感覺下,時光旅者終於不自覺拉下停止桿,機器打轉,人也摔出駕駛座,落入新時空,倉促結束了他的飛行。
抽離《時光機器》的片段回憶,我環顧四周。除機尾有群看來像畢業旅行的年輕人興奮交談,用相機互拍外,其他旅客顯然沒有坐上時光機的緊張感。雖然座位也有一堆儀器—閱讀燈、服務鈕、電話、視聽娛樂設備與個人螢幕—但它們似乎都只是要讓乘客忘記自身所在,在旅程中可以安分地坐在位子上。
當然,在四、五十年前坐飛機絕沒有今天舒適,那是恐懼與便捷的交戰。先不論20世紀前半不時發生的墜機事故,科幻科普大師艾西莫夫著作無數,但他本人卻因懼高症自1946年起就不再搭乘飛機,便是一例。
而近年來航空發展迅速,這種恐懼似乎成為過去。不但機艙有靈敏的艙壓調控,飛行也多在平穩的平流層進行。這些改變都讓旅客非但不用管機外的天候變化,甚至不覺得身處數萬英尺高空,以接近音速移動。
這些先進設備也改變坐飛機的「速度」感受。這樣說,在密閉的飛機上,在短則二、三小時,長則十幾小時的跨時區旅程中,大多數旅客與其說是御風遨翔的「空中飛人」,還不如說是被安全帶排排「綁」在座位上,強迫休息,等候招呼的小學生。
〈科技與社會的時空之旅〉一文提到飛機是觸發時空想像的環境,不過就實際感受而言,它確實不算新奇刺激的體驗,反倒像安插在出發點與目的地之間,必要但有點無奈的肉體過渡。用古龍在《陸小鳳傳奇》裡的詭異結尾來比方,旅客們像心機重重的商人霍休,把自己放在層層保護的安全籠裡,想藉座位下的密道脫出困境,不料這個機關竟卡住不動。於是在這個尷尬狀況下,他只好繼續待在座位上,等著籠外人添衣送食,也等著扭轉局勢的契機。
我們自然不是霍休。大多數旅客沒有他的富有與謀略,但也無需忍受他在籠裡的孤獨,畢竟這個「時光機器」裡不只有一個人。這種時空感的集合與差異,正是本文的重點。如果〈科技與社會的時空之旅〉談的是坐飛機時的個人反思,那這篇文章想談的是感官性,集體性的飛行體驗。固然「相逢自是有緣」,但到底在飛行這個時空的「局」中,會延伸出多少科技與社會的議題呢?
對著手表,出發地時間已接近午夜,機艙卻還沒有關燈的意思—原來還沒送餐。我試著從大螢幕上找出我們的位置,那是跟某品牌筆電桌面相像的世界地圖,上面顯示各地時區,還有條代表夜晚的「黑帶」,勒出她黑夜白晝的腰身。在地圖上,小小的飛機符號正與黑帶纏繞,斜斜鉤出指向曼谷,往黑夜深處飛去的黃色曲線。原來如此。這是〈科技與社會的時空之旅〉裡所描繪的時差世界,而我們就在裡面。
不過,或許是打發送餐前的無聊,或許是排解一整晚等機的疲憊,我不經意與旁邊乘客聊到出發時間這樣晚,飛機到曼谷都已經是凌晨時,竟引起周遭旅客的談興。一位也從台灣出發的乘客告訴我班機晚才好:「這樣才能在上午抵達歐洲,可以馬上工作。」但也有人不喜歡這樣的安排。
前排的自由行達人分享他的撇步:如果在台灣跟團去歐洲,坐的飛機不是一早到歐洲的晚班機,就是下午到,但一大早就要出發的早班機。「在機上折騰一天,但一下機就要玩,太累了吧!還是自由行輕鬆,只要多轉機,時段選擇多很多。」
的確,更遠處似乎有早已不管送餐,更疲累的旅客們,在那呼呼大睡。在候機區見過他們的旅客說他們是從別的地方轉機來的:「或許是東京,或許是洛杉磯,誰知道?」
呵,這才是「時光機器」!坐飛機的趣味可不止於它可以帶領我們穿越時差,也是把背負不同時差,經歷長短飛行的身體,共冶於飛機這個無所屬,不斷飄移的「時光膠囊」中。
果不其然,當飛機停在曼谷,大家昏昏沉沉地晃下機時,我驚訝發現後三排的乘客原來是旅行團。他們有如大夢初醒,以異乎常人的精力抓下行李,熱烈交談,並在嚮導帶領下抖擻踏出轉機區。而飛機完成整補後旅客重新上機,這些人的位子上已換成一批金髮碧眼的旅客,歐洲應該是他們的目的地,我們則變成這些新加入者眼中「更疲累的旅客」。
重回有點擠的座位,我想起「經濟艙症候群」,或者說深層靜脈栓塞(deep vein thrombosis)。它源於大戰期間,許多士兵長期躲在戰壕或防空洞內,因無法自由行動又不喝水,因此身體容易產生血栓。隨著長途飛行的普及,它變成飛機乘客的疾病,指因長時間在小座位上所導致靜脈血流變差,形成血栓,進一步造成的各種問題,包括肺動脈栓塞引發的猝死。
不同以往把坐飛機視為「國民外交」,人人得西裝畢挺才不失禮,旅遊書早已告訴我們,運動服與輕便鞋才是長途飛行的王道裝束。自由行達人似乎更知道如何讓自己舒服,他望望機艙後段的相連空位,走過去,消失在黑暗中。
不過在空間掙扎外,在這個「時間膠囊」中,決定身體感的最重要活動是飲食與睡眠。雖然依舊昏昏沉沉,上機後不久我又進了一餐,飛機才把主燈熄滅,宣示這個空間的深夜到臨。顯然,在目的地與出發地的時差間,飛機藉由人為的進食與睡眠,調整旅客的生活節奏。而我們也像實驗室中的小鼠,在各種約制中重新定位自己的身體感覺。
而光線與飲食,可不就是「生物時鐘」的來源?我想起上回沒來得及翻閱的李宇宙醫師的《上帝在玩擲骰子》,就是用一群天天準時報到和瑞士醫師August Forel共享早餐的蜜蜂,以及法國科學家Jean Jacques d’Ortous de Mairan在1729年所發現,「守著陽光但也守著自己」的含羞草科植物,為讀者打開這個奇妙的生命現象。而生命的精巧也確實值得讚嘆。
生物時鐘的研究不只揭露更多長短不一的身體節奏,例如約日節律(circadian rhythm)、長日節律 (infradian rhythm)、短日節律(ultradian rhythm)等,科學家也注意到啟動這些節奏的複雜因素。光雖然是終極「提時器」(time–giver),透過視差上核(suprachiasmatic nucleus)校準生命活動的進行,但溫度與磁場也扮演著重要角色。當然,分子生物學者已經指出部分生物時鐘的基因,但生物時鐘研究對我們更重要的啟示,是揭露生物「小宇宙」與外在大宇宙之間複雜的張力與協調;生命的意義捨此莫由。
飛機的特性在於它連接外界大宇宙與生體小宇宙,是標準化的時空中介。在跟一位資淺空服員要杯水時,我找機會想問出這些調控規則。只是,我似乎想太多了,她沒有預期,也沒想過這些。不過,她把問題轉給前輩,而她給我一個有趣的答案。
「事情沒那麼複雜!」資深的空服員這樣解釋。雖然在飛機上大原則是4小時供餐一次,但由於不到穩定氣流層不能送餐,加上每次送餐需要兩個半小時準備,而長程旅行要送出兩個主餐,因此她們沒考慮太多「節奏」,抓到時間就要送。我問:「那燈光呢?」她說原則上只有在有活動時,比方說供餐、起降或賣免稅品時機上才開主燈。「反正大家有閱讀燈嘛!況且這樣看電影也比較方便。」
的確如此。望著黑暗機艙中的點點昏黃,我似乎看到燈下各自沉思,或者在燈外進入夢鄉的時空旅者。他們有著自己的生活步調,也有不同的時差要克服。
科學研究告訴我們,如果生物與外界隔絕後,其內生性生物時鐘的一日周期會緩緩延長,超過24小時。不過,飛機顯然是用「壓縮」的方式訂出生活節奏。閱讀、打電動、看電影,這些日常生活的靜態動作,在空間的限制下成為保持清醒的主要活動。而與此相對的,則是什麼都不做的睡眠。李宇宙在他的書中談到睡眠的社會意義,並引用他的老師Thomas Roth的話,說睡眠是「預防沒有睡眠的後果」。不過,從科技與社會的角度看,睡眠在機上卻是在無事可做的狀況下,選擇不活動的結果。
對這有點人工,有點集體,但也有點生物基礎的時空約制,我與空服員聊起最近的一起職業賠償新聞:一位任職航空公司30年的空服員被診斷罹患乳癌,法庭認為這是因為她經年累月的不規律工作所導致的,判定國家必須賠償。比起先前對送餐時間與節奏的窮追猛打,這才是她們比較關心的議題。不過,在講完這則報導後,我卻像用盡電力的電腦一樣,以未預期的「待機」狀態陷進夢鄉,留下未熄的閱讀燈,曖昧地標示我的活動狀態。
不知睡了多久,當我醒來時主燈已經亮起,空服員開始送早餐,自由行達人不知何時也回到座位上了。一時之間,我竟不知是我的生物時鐘開始適應機上,還是食物香味或是燈光喚起我的身體記憶。
在半夢半醒間,李醫師的妙語浮上腦海:「我們的身體動態自生命形成開始,便被許許多多裡裡外外的節奏所構築,沒有人不希望自己所有的生理時鐘能準確如常,那是重要的安全保障。但我們居住的時區和社會生活也是另類的時間地圖,我們也會期待,偶爾可以脫離常軌,日子不要過的太過精確……這是身體的社會學和文化學的弔詭處:一方面需要緊緊跟隨既有的生物時間,同時又希望創造擁有自己的節奏。」
飛機顯然是這樣的「局」,它的感官架構是如此真實,也如此脆弱;在身體以為已經開始適應機上節奏的同時,飛機卻藉由降落,宣告這個「異空間」的崩解。
但身體畢竟是誠實的。在顛簸跨出空橋時,我意識自己的身體還在調整,自由行達人卻早已精神奕奕地超過我,他還要轉機到東歐。研究指出跨時區的調整有時需要好幾天,而不同器官也有不同的調整速率。不過,這些講法卻不如親身體驗實在。
時空旅者可不是這樣說:「我就這樣回來了。我肯定有很長一段時間坐在機器上失去了知覺……我搖搖晃晃跨出機器,坐到長凳上。有一陣子我抖得很厲害,之後漸漸平靜下來。周圍是原先的實驗室;它和以前一模一樣。我可能在那裡睡著了,整個事情簡直就是一場夢。」
但我們都知道,時空之旅確實發生了。於是,我們這些時空旅者下機、進城、入住、洗澡吃飯、聯絡事情,為歷經長途飛行的身體展開新時空下的生活。
後記
這篇文章的主要靈感來自《上帝在玩擲骰子》(新新聞,1999),談時間與生命經驗的各種遭遇。在我開始親近文史時,有幸跟作者李宇宙醫師認識,得到許多鼓勵與啟示。在讀這本書時,我不時憶起與李醫師短暫相處的點點滴滴,與他豁達爽朗的笑容。謹將這篇文章獻給英年早逝,遁入異時空的他。